Les professeurs Yiqiang Wu et Caichao Wan, ainsi que leur équipe de l'Université forestière et technologique du Centre-Sud (CSUFT), ont mis au point un matériau transparent dérivé du bambou naturel. Ce matériau est doté d'une barrière ignifuge à trois couches, réduisant efficacement le dégagement de chaleur, ralentissant la propagation des flammes et limitant les émissions de matières volatiles combustibles, de fumée toxique et de CO. Leurs découvertes ont été documentées dans la revue Research .
Le verre de silice, un matériau transparent largement utilisé dans le secteur de la construction, a été de plus en plus adopté comme matériau de construction essentiel au cours des 50 dernières années. Sa polyvalence se reflète dans la production mondiale de verre qui a atteint environ 130 millions de tonnes en 2020.
Selon C. Wan, professeur titulaire au Collège de science et d'ingénierie des matériaux du CSUFT et auteur correspondant de l'article, « Malgré ses nombreux avantages tels qu'une transparence élevée et la disponibilité des matières premières, le verre de silice traditionnel est toujours aux prises avec des défis. y compris la fragilité, la haute densité et une quantité importante de CO2 émissions et gaz à effet de serre pendant le processus de fabrication."
Ces dernières années, les produits en bois transparent ont suscité un regain d'intérêt, grâce à leurs caractéristiques remarquables telles qu'une transparence élevée, une excellente résistance mécanique et des propriétés d'isolation thermique supérieures.
Le bois transparent offre non seulement des avantages environnementaux, mais recèle également un énorme potentiel en tant qu'alternative viable aux matériaux en verre traditionnels.
Néanmoins, l'utilisation du bois transparent présente plusieurs limites :a) la rareté mondiale du bois, notamment en Chine, constitue un défi; malgré les efforts visant à accroître la production grâce aux plantations, il est prévu que la demande de bois rond industriel en 2050 dépassera l'offre; b) l'utilisation de polymères dans le bois transparent le rend très sensible au feu, ce qui présente un danger potentiel ; et c) il est nécessaire d'améliorer davantage les propriétés fonctionnelles du bois transparent au-delà de ses attributs optiques et mécaniques de base.
"Le bambou, souvent appelé 'la deuxième forêt', possède un taux de croissance et de régénération rapide, ce qui lui permet d'atteindre sa maturité et d'être utilisé comme matériau de construction dans les quatre à sept années de croissance", explique Wan, "avec un rendement de quatre à sept ans". fois supérieure au bois à l'acre, le bambou est reconnu pour son efficacité exceptionnelle."
"En termes de composition chimique, le bambou partage des similitudes avec le bois, composé principalement de lignine, de cellulose et d'hémicellulose. De plus, la structure hiérarchique interne du bambou ressemble beaucoup à celle du bois, avec une porosité et une perméabilité élevées en raison de canaux verticaux soigneusement disposés. Cette caractéristique suggère l'utilisation potentielle du bambou dans la production de matériaux composites transparents", déclare Y. Yang, Ph.D. étudiant dans le laboratoire de Wan et auteur principal de l'étude.
La solution de l'équipe consiste à imprégner un silicate de sodium liquide inorganique (Na2 On·nSiO2 ) dans la structure délignifiée du bambou en utilisant une technique d'imprégnation sous vide simple et efficace. Par la suite, un traitement hydrophobe est appliqué au produit intermédiaire.
"Grâce à cette stratégie, nous pouvons construire une barrière ignifuge à trois couches comprenant une couche supérieure de silane, une couche intermédiaire de SiO2 formé par hydrolyse-condensation de Na2 SiO3 en surface, et une couche interne de Na2 SiO3 )", dit Wan.
"Cette stratégie permet d'obtenir un long temps d'allumage de 116 s et un faible dégagement de chaleur totale de 0,7 MJ/m 2 , faible production totale de fumée de 0,063 m 2 , et une faible concentration maximale de CO de 0,008 kg/kg."
Les modules de flexion et de traction du bambou transparent atteignent respectivement 7,6 ± 1,3 et 6,7 ± 1,1 GPa, démontrant ses excellentes propriétés mécaniques.
De plus, lorsqu'il est utilisé comme substrat pour les cellules solaires à pérovskite, le bambou transparent montre le potentiel d'agir comme une couche de gestion de la lumière en raison de sa transmission lumineuse élevée de 71,6 % et d'une valeur de brouillard impressionnante de 96,7 %, conduisant à une amélioration marquée de 15,29 % d'efficacité de conversion de puissance.
Les chercheurs sont ravis que cette découverte ouvre la porte à des applications de verre ignifuge vert et de dispositifs optiques. "Dans les recherches futures, nous nous concentrerons sur la fabrication à grande échelle et la multifonctionnalisation de ce bambou transparent", ajoute Wan.
Plus d'informations : Jiahui Su et al, Un nouveau bambou transparent ignifuge, anti-fumée et superhydrophobe, Recherche (2024). DOI :10.34133/research.0317
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