什么！木头竟然能变成像玻璃那样透明？

当提起透明的东西，你会想到什么？是玻璃、塑料、钻石，还是水？

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而提起木头时，你脑海里是不是棕黄色带纹理结构的样子？

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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

图源：文献[2]

透明木头是怎么制成的呢？我们今天就来一探究竟！

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%)。

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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。

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

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这样，我们就能拥有一块透明的木头啦！

图源：文献[2]

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，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

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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

图源：文献[2]

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。

不同图案的DIY透明木头

图源：文献[2]

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。

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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。

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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 Communications, July 2020.

作者：许燕，复旦大学材料学在读博士

编辑：一人白

鸣谢：苏州科技大学材料科学与工程学院 教授 马汝广 为本文提供科学指导

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来源：上海科技馆

编辑：Tensor Spicy