Cây tre truyền cảm hứng cho xây dựng bền vững

Vật liệu tự nhiên sẽ là một thành phần thiết yếu trong thiết kế xây dựng tương lai. Vì vậy, chúng ta cần tìm hiểu chi tiết các tính chất của chúng. Trong một nghiên cứu đăng tải trên tạp chí Scienctific Reports, cơ chế trao đổi nhiệt trong các vách tế bào ở cây tre đã được ghi lại bằng kính hiển vi quét nhiệt tiên tiến, cho thấy mối liên hệ giữa kết cấu của cây tre với các điều kiện dẫn nhiệt khác nhau. Phát hiện này dự kiến sẽ truyền cảm hứng cho việc phát triển các tòa nhà tiết kiệm năng lượng và chống hỏa hoạn từ nguyên liệu tự nhiên trong tương lai.

Khi đó, các nguyên liệu thực vật, có thể thay thế, chẳng hạn như tre có tiềm năng lớn trong xây dựng bền vững và tiết kiệm năng lượng. Ứng dụng các vật liệu này sẽ giúp giảm một cách đáng kể lượng phát thải cacbon và hạn chế ảnh hưởng của con người tới tình hình biến đổi khí hậu.

Trong nghiên cứu, hình quét các mô mạch phụ trách vận chuyển nước và chất dinh dưỡng trong cây tre cho thấy cấu trúc sợi với nhiều lớp vách tế bào dày mỏng xen kẽ nhau. Trong đó, các vách tế bào dày, nơi các chuỗi cellulose phân bố gần như song song với thân cây, thì có tính dẫn nhiệt cao nhất. Các lớp này cũng giúp tạo độ khỏe cho thân tre. Ngược lại, các vách mỏng hơn dẫn nhiệt kém hơn, do các chuỗi cellulose nằm gần vuông góc với thân cây.

“Tự nhiên chính là một kiến trúc sư vĩ đại, mà nhờ nó, cây tre được cấu trúc một cách vô cùng thông minh”, trích lời tác giả nghiên cứu Darshil Shah (ĐH Cambridge). Cây tre là một trong những loại cây có tốc độ sinh trưởng nhanh nhất, cứ 90 giây lại cao thêm 1 mm chiều dài. Đằng sau sự tăng trưởng này chính là cấu trúc sợi đa lớp.

Phát hiện các đặc tính về nhiệt của cây tre đã giúp hé mở các giải pháp làm giảm mức tiêu thụ năng lượng ở các công trình sử dụng nguyên liệu tre. Đồng thời, nó cũng cho phép mô hình hóa cơ chế các chất cấu tạo nên cây tre phản ứng khi tiếp xúc với lửa, từ đó đề ra các giải pháp an toàn cho công trình.

Hiện nay, các sản phẩm như tre nhiều lớp được sử dụng phổ biến nhất là làm vật liệu cho sàn nhà, nhờ độ cứng và độ bền cao. Các chỉ số này cũng tương đương với các sản phẩm gỗ công nghiệp, nên tre cũng là nguyên liệu thích hợp cho việc xây dựng kết cấu tòa nhà.

Nhóm nghiên cứu cũng dự kiến tìm hiểu thêm về sự trao đổi nhiệt khi bề mặt cây tre bị đốt và hóa than. Bên cạnh đó, phương pháp nghiên cứu sử dụng kính hiển vi quét nhiệt để minh họa cấu trúc cây cũng có thể ứng dụng trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu khác, chẳng hạn như phát hiện các biến đổi ở mức độ hiển vi trong thân gây hại cho cây dẫn đến mất mùa.

Nguồn: https://phys.org/news/2019-11-visualizing-bamboo-energy-efficient-fire-safe.html