當提起透明的東西,你會想到什麽?是玻璃、塑膠、鉆石,還是水?
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而提起木頭時,你腦海裏是不是棕黃色帶紋理結構的樣子?
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如今,有科學家團隊發明了一種透明木頭,看著與玻璃差不多透明。
透明木頭
圖源:文獻[2]
透明木頭是怎麽制成的呢?我們今天就來一探究竟!
木頭裏有什麽?
首先,我們先了解下木頭的結構。
木材是地球上最豐富的可再生資源之一,主要含有 纖維素 (40% ~ 50%) 、 半纖維素 (20% ~ 30%) 和 木質素 (20% ~30%) 。
圖源:文獻[1]
其中纖維素是木材的強度支架,它沿著樹生長的方向高度有序地排列著,而半纖維素和木質素作為小分子和粘合劑,透過氫鍵和共價鍵與纖維素交織成了承力網路,形成了保護植物細胞的天然抗降解屏障。 木質素則是一類復雜的有機聚合物,在細胞壁的形成中發揮重要作用,特別是在木材和樹皮中,它能賦予其剛性並且不容易腐爛。
如何將木頭變透明?
事實上, 將木材變透明的關鍵就在於將木質素中的發色基團去除,保留其芳香族骨架。 具體的 操作流程簡單來說就是:給木頭刷雙氧水,再曬個太陽,然後泡在酒精裏,最後將一種透明材料環氧樹脂填充進去,待其固化後就完成了。
透明木頭制作流程圖
圖源:文獻[2]
這樣,我們就能擁有一塊透明的木頭啦!
圖源:文獻[2]
在把一塊1m長、1mm厚的巴沙木板做成透明木板的具體操作中,先在木板表面刷一遍雙氧水 ,然後將其暴露在紫外線燈光(或陽光) 下一小時,這時雙氧水會漂白掉木質素的發色基團,只保留木質素的芳香族骨架。
刷雙氧水漂白
圖源:文獻[2 ]
接著將木材浸入乙醇中,以除凈木質素等殘留物。最後,在木材孔隙中填充和木材細胞壁的折射率相匹配的透明環氧樹脂,待木板被填充並固化後,一塊擁有90%透明度的木板就誕生了,遠高於天然木材6%~36%的透明度。
制備剖面示意圖
圖源:文獻[2 ]
這種透明木頭的制備方法,具有更高的生產效率,更低的成本,並且更具永續性和可控性,是一種經濟高效的制造工藝。
不同圖案的DI Y 透明木頭
圖源:文獻[2 ]
透明木材有什麽用?
透明木材具有重量輕、透光率高、一定霧度、導熱系數低以及機械強度高等優點。與玻璃、塑膠等其它透明材料的高能耗、高汙染的工業化生產模式相比,透明木材的制備更綠色環保,而且它的原材料選擇範圍也比較廣泛。
與作為建築材料的玻璃相比,透明木材更輕且更堅固,隔熱性也更強,可用於有承重功能的窗戶和屋頂,適用於有建築美學需求的場所,例如用於機場、圖書館、博物館等公共場所的墻體材料。
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除此之外, 由於透明木頭獨特的階層、高電阻率和良好的光管理特性,它有可能被廣泛套用於光電器件、節能建築以及太陽能電池和觸摸面板等。 在沙塵惡劣環境下, 還可作為太陽能電池板的覆 蓋物 , 使 其 在有陽光的沙塵天氣下也能繼續發電 。
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相信憑借這些綜合優勢,透明木質復合材料在未來會更有廣闊的套用場景!
參考文獻
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作者:許燕,復旦大學材料學在讀博士
編輯:一人白
鳴謝: 蘇州科技 大學材料科學與工程學院 教授 馬汝廣 為本文提供科學指導
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來源:上海科技館
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