【中玻網(wǎng)】當前，能源緊缺問(wèn)題日益嚴重，據統計建筑能耗占社會(huì )總能耗的40%左右，因此，建筑節能是緩解能源短缺，促進(jìn)經(jīng)濟可持續發(fā)展的一項重要工作。用于門(mén)窗的玻璃是繼水泥和鋼材之后的第三大建筑材料，對建筑節能減排至關(guān)重要。除此之外，玻璃在汽車(chē)、日用品等社會(huì )生活諸多方面應用廣泛。

　　可是，玻璃和建筑能耗之間有什么關(guān)系呢？譬如夏天你打開(kāi)空調，冬天打開(kāi)暖氣，由于玻璃熱導率較高，隔熱性較差，很大一部分冷氣或者暖氣就會(huì )通過(guò)窗玻璃耗散。除此之外，玻璃還具有易碎，不易加工等特點(diǎn)。開(kāi)發(fā)一種同時(shí)具有高透光率和優(yōu)異隔熱性能的新型材料來(lái)替代玻璃，對于節能減排具有重要意義。

　　那么，能不能有什么東西能夠取代玻璃呢？

　　透明木材

　　木材具有廉價(jià)易得的優(yōu)勢，也是古代建筑材料的選擇，取代玻璃是個(gè)不錯的方向。但是，玻璃的優(yōu)勢在于透明，木材是不透明的，怎么能取代玻璃呢？1992年，德國科學(xué)家Siegfried Fink就提出并實(shí)現了“透明木材”的想法，一直到2016年，以瑞典高等理工學(xué)院教授Lars Berglund、美國馬里蘭大學(xué)胡良兵教授等人為代表的多個(gè)團隊重新開(kāi)啟并帶領(lǐng)“透明木材”的研究，一時(shí)引起廣泛關(guān)注。

　　木材之不透光，主要在于兩點(diǎn)：1）木質(zhì)素會(huì )吸收光；2）木材中大量微孔導致折射率比空氣偏高。因此，常用的策略就是：1）提取木質(zhì)素；2）填充折射率相匹配的聚合物。

　　精工細作

　　早在2016年，胡良兵課題組就初次制備得到了兩種高各向異性、高透光性的透明木材。他們借用造紙術(shù)中常用的化學(xué)處理工藝，將3 mm厚，50X50 mm大小的木片浸泡在含有NaOH和Na2SO3的沸水溶液中去除部分木質(zhì)素，然后轉入雙氧水中，進(jìn)一步去除殘留的木質(zhì)素。進(jìn)一步，研究人員將透明的低粘度液體環(huán)氧樹(shù)脂浸入木材中，并反復進(jìn)行真空和去真空操作，讓環(huán)氧樹(shù)脂填充到微孔中，實(shí)現了透光率79.4%，霧度88.7%（550 nm波長(cháng)）的透明木材。

　　這項技術(shù)主要依托成熟的工藝完成，成本完全可控。雖然如此，要想實(shí)現實(shí)際應用，還存在很多問(wèn)題需要解決。譬如，如何進(jìn)一步提高透光率，如何制造更大尺寸的材料，如何穩定地實(shí)現透光度、隔熱性、力學(xué)性能等多項指標的同時(shí)達標等等。

　　近日，胡良兵團隊在降低透明木材的霧度方面又取得新進(jìn)展。霧度是衡量透明材料的一個(gè)重要指標，霧度越大，材料對光的散射能力越強，人眼就越看不清。之前的研究中，透明木材的霧度一般都超過(guò)40%。這次，胡良兵研究團隊在90%的高透光性前提下實(shí)現了10%的霧度，達到了透明木材霧度新紀錄。

　　研究人員通過(guò)NaClO脫除木材中的木質(zhì)素和部分半纖維素，再經(jīng)過(guò)和聚合物滲透的方法制備得到一種透明的木材復合材料。這項研究的特色在于：

　　1）木質(zhì)素和半纖維素的去除，進(jìn)一步增加了木材的多孔結構，促進(jìn)聚合物的滲透，而且非常大削弱了光在木材中的散射和反射，使透光率高達90%，霧度被降低至10%；

　　2）該透明木材材料具有優(yōu)異的隔熱性能，其熱導率僅為普通玻璃的1/3；

　　3）此外，該復合材料還具有很好的韌性和延展性，有利于加工成板狀材料。這種兼具高透光率、低熱導率和較好機械性能的透明木材復合材料有望代替傳統玻璃，成為潛在的建筑門(mén)窗材料。

　　當然，除了建筑材料之外，透明木材還可以用于日常生活中的方方面面，以及電池、可穿戴電子器件等等領(lǐng)域。我們期待在這一領(lǐng)域，見(jiàn)到更多好成果，從好玩到好用不斷打破！

　　參考文獻：

　　1.Liangbing Hu et al.Highly Anisotropic,Highly Transparent Wood Composites.Adv.Mater.,2016.

　　https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201600427

　　2.Liangbing Hu et al.Clear Wood towards High Performance Building Materials.ACSNano,2019.

　　https://doi.org/10.1021/acsnano.9b00089