什么！木头竟然能变成像玻璃那样透明？

天の川

当提起透明的东西，你会想到什么？是玻璃、塑料、钻石，还是水？




而提起木头时，你脑海里是不是棕黄色带纹理结构的样子？



如今，有科学家团队发明了一种透明木头，看着与玻璃差不多透明。



透明木头

透明木头是怎么制成的呢？我们今天就来一探究竟！

01木头里有什么？

首先，我们先了解下木头的结构。

木材是地球上最丰富的可再生资源之一，主要含有纤维素(40% ~ 50%)、半纤维素(20% ~ 30%)和木质素(20% ~30%)。




其中纤维素是木材的强度支架，它沿着树生长的方向高度有序地排列着，而半纤维素和木质素作为小分子和粘合剂，通过氢键和共价键与纤维素交织成了承力网络，形成了保护植物细胞的天然抗降解屏障。木质素则是一类复杂的有机聚合物，在细胞壁的形成中发挥重要作用，特别是在木材和树皮中，它能赋予其刚性并且不容易腐烂。

02如何将木头变透明？

事实上，将木材变透明的关键就在于将木质素中的发色基团去除，保留其芳香族骨架。具体的操作流程简单来说就是：给木头刷双氧水，再晒个太阳，然后泡在酒精里，最后将一种透明材料环氧树脂填充进去，待其固化后就完成了




透明木头制作流程图

这样，我们就能拥有一块透明的木头啦！



这个方法的发明者是来自马里兰大学材料科学与工程学院胡良兵教授团队的夏芹芹和陈朝吉，在把一块1m长、1mm厚的巴沙木板做成透明木板的具体操作中，他们先在木板表面刷一遍双氧水，然后将其暴露在紫外线灯光（或阳光）下一小时，这时双氧水会漂白掉木质素的发色基团，只保留木质素的芳香族骨架。



刷双氧水漂白

接着将木材浸入乙醇中，以除净木质素等残留物。最后，在木材孔隙中填充和木材细胞壁的折射率相匹配的透明环氧树脂，待木板被填充并固化后，一块拥有90%透明度的木板就诞生了，远高于天然木材6%~36%的透明度。




制备剖面示意图

这种透明木头的制备方法，具有更高的生产效率，更低的成本，并且更具可持续性和可控性，是一种经济高效的制造工艺。

看完上面的内容后，透明木头的制备操作是不是很简单？有条件的可以自己在家DIY！但双氧水是强氧化剂，溅到皮肤上会很疼，在科学探索的过程中，一定要注意防护，安全第一。



不同图案的DIY透明木头

03透明木材有什么用？

透明木材具有重量轻、透光率高、一定雾度、导热系数低以及机械强度高等优点。与玻璃、塑料等其它透明材料的高能耗、高污染的工业化生产模式相比，透明木材的制备更绿色环保，而且它的原材料选择范围也比较广泛。

与作为建筑材料的玻璃相比，透明木材更轻且更坚固，隔热性也更强，可用于有承重功能的窗户和屋顶，适用于有建筑美学需求的场所，例如用于机场、图书馆、博物馆等公共场所的墙体材料。



除此之外，由于透明木头独特的层次结构、高电阻率和良好的光管理特性，它有可能被广泛应用于光电器件、节能建筑以及太阳能电池和触摸面板等。在沙尘恶劣环境下，还可作为太阳能电池板的覆盖物，使其在有阳光的沙尘天气下也能继续发电。



相信凭借这些综合优势，透明木质复合材料在未来会更有广阔的应用场景！

参考文献

[1] 孔维庆, 胡述锋, 俞森龙, 周哲, 朱美芳.木质纤维素功能材料的研究进展[J].纺织学报, 2022, 43 (04): 1-9.

[2] Qinqin Xia, Chaoji Chen, Tian Li, Shuaiming He, Jinlong Gao, Xizheng Wang & Liangbing Hu. "Solar-assisted fabrication of large-scale, patternable transparent wood" .Science Advances, January 2021.

[3] Ruiyu Mi, Chaoji Chen, Tobias Keplinger,Yong Pei, Shuaiming He, Dapeng Liu, Jianguo Li, Jiaqi Dai, Emily Hitz, Bao Yang, Ingo Burgert & Liangbing Hu."Scalable aesthetic transparent wood for energy efficient buildings".Nature Communicati哔~, July 2020.


摘文链接：什么！木头竟然能变成像玻璃那样透明？ (msn.cn)