Учёные давно научились делать древесину прозрачной, растворяя лигнин в древесных волокнах и заменяя его оргстеклом или эпоксидной смолой. Тем самым производится строительный материал с интересными свойствами, способный заменить стекло в определённых конструкциях. Но дерево — это достаточно ценный и востребованный материал даже без такой хитрой модификации, и китайские учёные решили заменить его бамбуком, ведь он растёт намного быстрее.

Источник изображения: Research

Проблемой занялась группа исследователей из Центрально-Южного университета лесного хозяйства и технологий (CSUFT) Китая. Поскольку бамбук — это, по сути, та же древесина, учёные использовали тот же подход для придания ему прозрачности, что и в случае обычной древесины. Сначала они растворили лигнин, а затем последовательно обработали материал рядом растворов.

Для придания бамбуку прозрачности его обработали жидким неорганическим силикатом натрия (жидкое стекло). Затем материалу придали водоотталкивающие свойства. В итоге получился своего рода трёхслойный прозрачный материал, верхний слой которого представлен силаном (соединения кремния с водородом), средний — диоксидом кремния, а нижний — жидким стеклом. Получившийся материал обладает светопропусканием 71,6 %, оказался огнестойким, водоотталкивающим и характеризуется модулем сдвига 7,6 ГПа (сопротивление сдвиговой деформации), а также модулем упругости (модулем Юнга) 6,7 ГПа.

Более того, пропускающий свет бамбук показал свою эффективность в качестве подложки для перовскитной солнечной панели, повысив её эффективность на 15,29 %. При этом он служил защитой для ячейки, которая крайне чувствительна к уровню влажности окружающей среды. В будущих исследованиях, заявили учёные, они создадут техпроцесс для массового производства прозрачного бамбука и изделий из него, например, прозрачных крыш и стен.

Форма гребных винтов не менялась сотни лет, а винтов для самолётов — лет сто, если не искать сходств в истории китайских игрушек двух–трёх тысячелетней давности. Исследователи только сейчас всерьёз начинают искать иную форму винтов для жидких и воздушных сред, которые были бы эффективнее и тише традиционных.

Гребной винт компании Sharrow Marine. Источник изображения: Sharrow Marine

Предложенные группами учёных новые формы винтов ещё долго будут идти по пути оптимизации, но даже сейчас — на уровне прототипов — они демонстрируют как повышенную эффективность, так и пониженные рабочие шумы относительно обычных винтов. За основу революционного винта берётся кольцевая форма с профилем тора. Возможно, такие винты оказались бы в ходу намного раньше, но их изготовление выглядит сложнее и дороже, что идёт вразрез с принципами массового производства.

Сегодня подобные винты можно изготавливать с помощью 3D-печати. Именно с этого начали разработку новых винтов для квадрокоптеров в одной из лабораторий Массачусетского технологического института. После серии опытов учёным удалось подобрать такую форму воздушного винта, которая без снижения тяги значительно снизила уровень шума в диапазоне от 1 до 5 кГц. Это тот диапазон (условно — плач ребёнка), к которому ухо человека наиболее чувствительно.

Источник изображения: MIT

Дрон с новыми пропеллерами шумел с такой же громкостью, как дрон с обычными пропеллерами, но находящийся в два раза дальше. Если ожидать, что вскоре небо в городах заполнят дроны-доставщики и аэротакси, то поиск малошумящих пропеллеров — это далеко не праздное любопытство учёных.

Демонстрация снижения уровня шума. Источник изображения: MIT

Ещё лучше тороидальные винты-петли показали себя в воде. Оказалось, что подобная форма винтов экономит до 20 % топлива, а это колоссальные объёмы в масштабах мирового судоходства. Применительно к моторным судам тороидальный винт не давал им поднимать нос из воды при ускорении, приподнимая над водой всё судно целиком, чему способствовала гидродинамика жидкости, бьющей из-под кольцеобразного винта. Также такие винты оказались тише традиционных, что тоже немаловажно для снижения звукового загрязнения в зонах отдыха, например.

Интересно будет пронаблюдать, как это новшество начнёт проникать в нашу жизнь. Специалисты MIT, например, намерены получить патент и лицензировать разработку всем желающим.