木头竟然能变成像玻璃那样透明?

作者: 许燕

来源: 上海科技馆

发布日期: 2024-01-03 12:00:02

科学家团队发明了一种透明木头,通过去除木质素中的发色基团,保留芳香族骨架,并填充透明环氧树脂,使木头变得透明。这种透明木头具有重量轻、透光率高、导热系数低等优点,适用于建筑材料、光电器件等领域。

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。

透明木头是怎么制成的呢?我们今天就来一探究竟!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。

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。

这样,我们就能拥有一块透明的木头啦!

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。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。

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。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!

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