La madera transparente generalmente mantiene su veta, lo que le da una apariencia natural. Esta pieza, creada por científicos de la Universidad de Maryland College Park, es un mejor aislante que el vidrio esmerilado. Crédito de la imagen: Hu Group / University of Maryland College Park
Después de varios años de investigación, grupos de cientificos de distintas instituciones están comenzando a obtener resultados positivos. Pronto, la madera transparente podría usarse en pantallas de teléfonos inteligentes extremadamente resistentes, luces suaves y brillantes e incluso como componentes estructurales, como ventanas que cambian de color.
Hace treinta años, un botánico alemán tenía un único anhelo: observar el funcionamiento interno de las plantas leñosas sin extraerlas. Siegfried Fink creó madera transparente eliminando los pigmentos de las células vegetales y publicó su método en una revista especializada en tecnología de la madera. Durante más de diez años, el artículo de 1992 permaneció como la última palabra sobre la madera transparente hasta que un investigador llamado Lars Berglund lo descubrió.
Aunque no por motivos botánicos, Berglund se inspiró en el descubrimiento de Fink. El científico de materiales, que trabaja en el KTH Royal Institute of Technology de Suecia, se especializa en compuestos poliméricos y busca una alternativa más fuerte al plástico transparente. Y no era el único que estaba interesado en las cualidades de la madera. Los investigadores de la Universidad de Maryland estaban trabajando en ese sentido pero para utilizar la fuerza de la madera para propósitos no convencionales.
Después de varios años de investigación, estos grupos están comenzando a obtener resultados positivos. Pronto, la madera transparente podría usarse en pantallas de teléfonos inteligentes extremadamente resistentes, luces suaves y brillantes e incluso como componentes estructurales, como ventanas que cambian de color.
Qiliang Fu, nanotecnólogo de la madera de la Universidad Forestal de Nanjing en China y que fue estudiante de posgrado en el laboratorio de Berglund, dice: «Realmente creo que este material tiene un futuro prometedor».
La madera está hecha de numerosos pequeños canales verticales, como un conjunto apretado de pajitas unidas con pegamento. Estas células tubulares transportan agua y nutrientes por todo el árbol, y cuando el árbol se cosecha y se evapora la humedad, quedan bolsas de aire. Para crear madera transparente, los científicos primero deben modificar o eliminar el pegamento llamado lignina, que mantiene los haces de células unidos y da la mayoría de los tonos marrones terrosos a las ramas y troncos. Después de eliminar la lignina o blanquearla de otra manera, queda un esqueleto de células huecas de color blanco lechoso.
Debido a que las paredes celulares desvían la luz en un grado diferente al que lo hace el aire en las bolsas celulares, este esqueleto sigue siendo opaco. Este valor se conoce como índice de refracción. Llenar las bolsas de aire con una sustancia como resina epoxi que desvía la luz en un grado similar a las paredes celulares hace que la madera sea transparente.
El material con el que trabajaron los científicos es delgado, normalmente de menos de un milímetro hasta alrededor de un centímetro de espesor.
El científico de materiales Liangbing Hu, quien dirige el grupo de investigación que investiga la madera transparente en College Park de la Universidad de Maryland, afirma que las diminutas fibras de madera son más resistentes que las fibras de carbono más fuertes. En pruebas de resistencia, la madera transparente supera al plástico y al vidrio. La madera transparente fue tres veces más resistente que el plástico transparente como el plexiglás y aproximadamente diez veces más resistente que el vidrio.
«Los resultados son sorprendentes: un trozo de madera puede ser tan resistente como el vidrio», afirmó Hu, destacó en la Revisión Anual de Investigación de Materiales de 2023.
El proceso también funciona con madera más gruesa, pero la sustancia dispersa más luz y hace que la vista sea más borrosa. En sus primeros estudios del 2016, Hu y Berglund descubrieron que las láminas de un milímetro de espesor de los esqueletos de madera rellenos de resina permiten que la luz pase entre el 80 y el 90 por ciento. La transmitancia de la luz (cantidad de luz que atraviesa «con éxito» la sustancia y sale por el otro lado) disminuye con el espesor: la madera de 3,7 milímetros de espesor (aproximadamente dos centavos de espesor) transmitía solo el 40% de la luz, según el grupo de Berglund.
Podría ser una excelente alternativa a los productos fabricados con cortes finos de plástico o vidrio que se rompen fácilmente, debido a su perfil delgado y resistencia del material. Por ejemplo, la empresa francesa Woodoo utiliza una técnica similar para eliminar la lignina de las pantallas de madera, pero deja un poco de lignina para darles un tono diferente. La empresa está adaptando sus pantallas digitales reciclables y sensibles al tacto para productos como vallas publicitarias y tableros de instrumentos de automóviles.
Según Prodyut Dhar, ingeniero bioquímico del Instituto Indio de Tecnología de Varanasi, las ventanas son un uso particularmente prometedor porque la mayoría de las investigaciones se han centrado en la madera transparente como elemento arquitectónico. La madera transparente, un aislante mucho mejor que el vidrio, puede retener el calor o mantenerlo fuera de los edificios. El alcohol polivinílico, también conocido como PVA, un polímero utilizado en pegamento y envases de alimentos, se infiltró en los esqueletos de madera y creó madera transparente que conduce el calor a una velocidad cinco veces menor que la del vidrio.
Los investigadores están desarrollando otras formas de mejorar la capacidad de la madera para retener o liberar calor, lo que sería beneficioso para los edificios energéticamente eficientes. Céline Montanari, científica de materiales en el Instituto de Investigación RISE de Suecia, y sus colegas hicieron experimentos con materiales que cambian de sólido a líquido o viceversa y pasan de almacenar a liberar calor. Por ejemplo, al incorporar polietilenglicol, los científicos descubrieron que su madera podía almacenar calor cuando estaba caliente y liberarlo cuando se enfriaba. Este descubrimiento fue publicado en ACS Applied Materials and Interfaces en 2019.
Por lo tanto, las ventanas de madera transparentes serían más resistentes y capaces de controlar la temperatura mejor que el vidrio tradicional, pero la vista a través de ellas sería borrosa, más parecida al vidrio esmerilado que a una ventana convencional. Sin embargo, si los usuarios prefieren una luz difusa, podría ser beneficiosa, según Berglund. La madera más gruesa puede servir como una fuente de luz parcialmente portadora, actuando como un techo que proporciona una luz ambiental suave a una habitación.
La búsqueda de nuevas propiedades para la madera transparente ha continuado por Hu y Berglund. Berglund y sus colegas descubrieron hace unos cinco años que podían imitar ventanas inteligentes, que pueden cambiar de transparentes a teñidas para bloquear la visibilidad o los rayos del sol. Para conducir la electricidad, los investigadores intercalaron un polímero electrocrómico (una sustancia que puede cambiar de color con la electricidad) entre capas de madera transparente recubiertas con un polímero que actúa como electrodo. Esto resultó en un panel de madera que se vuelve transparente cuando los usuarios le pasan una pequeña corriente eléctrica.
Mientras tanto, el laboratorio de Hu ha revelado un método de blanqueo de lignina más ecológico que utiliza peróxido de hidrógeno y radiación ultravioleta, lo que reduce aún más las demandas energéticas de la producción. Con peróxido de hidrógeno, el equipo cepilló rodajas de madera de 0,5 a 3,5 milímetros de espesor y luego las dejó frente a lámparas ultravioleta para simular los rayos del sol. Los rayos ultravioletas destruyeron las partes pigmentarias de la lignina, pero dejaron las partes estructurales intactas, lo que ayudó a una mayor resistencia en la madera.
Estos métodos más respetuosos con el medio ambiente ayudan a reducir la cantidad de productos químicos tóxicos y polímeros de origen fósil utilizados en la producción. Sin embargo, un análisis realizado por Dhar y sus colegas en la revista Science of Environment Total tiene como resultado que el vidrio tiene menores efectos ambientales al final de su vida útil que la madera transparente. Para agregar madera transparente a los mercados principales, los investigadores dicen que se necesitan dos pasos: adoptar esquemas de producción más ecológicos y expandir la fabricación. Sin embargo, confían en la posibilidad de lograrlo y en su potencial como material sostenible.
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REFERENCIAS
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