저렴하고 천연소재로 튼튼하고 반투명한 나무를 만든다

나무 터치스크린이 달린 스마트폰을 상상해 보세요. 아니면 나무 창문이 달린 집? 아마도 상상도 못할 겁니다. 투명한 나무에 대해 들어보지 않았다면요. 나무의 자연적 구조를 변형하여 만든 이 소재는 튼튼하고 친환경적인 플라스틱 대체재로 제안되었습니다. 하지만 나무의 생분해성은 종종 그 과정에서 희생됩니다. 연구자들은 거의 전적으로 천연 소재로 투명한 나무를 만들고 전기 전도성을 부여하여 이를 바꾸고자 합니다.

연구자들은 미국화학회(ACS) 봄 학술대회에서 연구 결과를 발표할 예정입니다.

"현대에는 플라스틱이 어디에나 있습니다. 우리가 가지고 다니는 기기도 포함됩니다. 그리고 그 기기의 수명이 다하면 문제가 됩니다. 생분해성이 없습니다." 케네소 주립 대학의 화학 교수이자 이 연구의 발표자인 바라트 바루아가 설명합니다. "그래서 저는 대신 자연스럽고 생분해성인 것을 만들 수 있다면 어떨까요?"

바루아는 직장 외 활동, 즉 목공 취미 덕분에 투명한 나무에 관심을 갖게 되었습니다. 하지만 그는 다른 과학자들이 보고한 투명한 나무는 강도를 위해 에폭시와 같은 플라스틱을 사용한다는 것을 깨달았습니다. 시간이 지나도 나무를 튼튼하고 안정적으로 유지할 수 있는 천연 소재를 찾기 위해 그는 다시 개인적인 경험에 의지했습니다.

인도 북동부 아삼 주에서 자란 바루아는 현대 시멘트가 발명되기 훨씬 전부터 수세기 동안 서 있던 건물을 마주쳤습니다. 대신 고대 석공들은 모래와 찹쌀, 달걀 흰자를 섞어 시멘트를 만들었습니다. 바루아는 같은 재료가 투명한 나무에 강도와 안정성을 통합하는 데 완벽할 것이라고 가설을 세웠습니다.

나무는 셀룰로스, 헤미셀룰로스, 리그닌의 세 가지 성분으로 구성되어 있습니다. 투명하게 만들기 위해 리그닌과 헤미셀룰로스를 제거하여 다공성, 종이와 같은 셀룰로스 네트워크를 남깁니다. 그런 다음 무색 물질이 이러한 기공을 채워 약간의 강성을 회복합니다.

대학의 학부생인 Ridham Raval과 함께 Baruah는 진공 챔버와 아황산나트륨(탈리그닌제), 수산화나트륨(가성소다의 한 종류) 및 희석된 표백제를 포함한 화학 물질을 사용하여 리그닌과 헤미셀룰로오스를 뽑아내어 발사나무 조각을 자연스러운 반투명 나무로 변형했습니다. 그런 다음, 기공을 달걀 흰자와 쌀 추출물 혼합물에 담가 다시 채우고, 재료를 투명하게 유지하기 위해 디에틸렌트리아민이라는 경화제를 사용했습니다. 연구원들은 이 실험에서처럼 소량으로 이러한 시약을 사용하면 환경에 거의 위협이 되지 않는다고 말합니다.

결국, 개발팀은 내구성과 유연성이 뛰어난 반투명 목재 조각을 얻었습니다.

그 팀은 다음으로 유리창을 대체하는 것을 포함하여 엔지니어링 목재의 잠재적인 응용 분야를 조사했습니다. 다시 한 번, Baruah는 목공 기술을 활용하여 새집을 작고 창문이 하나 있는 단열 주택으로 개조했습니다. 현대화된 주거지의 에너지 효율성을 테스트하기 위해 그는 새집을 히트 램프 아래에 두고 내부에 온도계를 설치했습니다.

투명한 목재를 사용했을 때 집 안의 온도는 유리를 사용했을 때보다 화씨 9~11도(섭씨 5~6도) 더 낮았는데, 이는 이 새로운 소재가 창문에서 유리에 대한 에너지 효율적인 대안이 될 수 있음을 시사합니다.

투명한 나무의 잠재적인 응용 분야를 더욱 확장하기 위해, 팀은 또한 특정 샘플에 은 나노와이어를 통합했습니다. 이 추가로 나무가 전기를 전도할 수 있게 되었고, 이는 웨어러블 센서나 태양 전지용 코팅에 유용할 수 있습니다. 은 나노와이어는 생분해성이 아니지만, 팀은 그래핀과 같은 다른 전도성 재료를 사용하여 완전히 자연스러운 투명한 나무를 유지하는 추가 실험을 수행하기를 바라고 있습니다.

숲의 투명성을 높이기 위한 추가 연구가 필요하지만, Baruah는 이 초기 단계에서 천연 및 저렴한 재료를 사용했다는 사실에 만족합니다. 그는 "저는 학부생들에게 수천 달러를 쓰지 않고도 흥미로운 연구를 할 수 있다는 메시지를 전하고 싶습니다."라고 결론지었습니다.

이 연구는 케네소 주립대학과 공기 여과 제조업체인 Purafil Inc.의 자금 지원을 받았습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/03/250326123738.htm