什么！木頭竟然能變成像玻璃那樣透明？

當(dāng)提起透明的東西，你會(huì)想到什么？是玻璃、塑料、鉆石，還是水？

圖源：sohu.com

而提起木頭時(shí)，你腦海里是不是棕黃色帶紋理結(jié)構(gòu)的樣子？

圖源：攝圖網(wǎng)

如今，有科學(xué)家團(tuán)隊(duì)發(fā)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(xiàn)[2]

透明木頭是怎么制成的呢？我們今天就來(lái)一探究竟！

01

木頭里有什么？

首先，我們先了解下木頭的結(jié)構(gòu)。

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(zhì)素(20% ~30%)。

圖源：文獻(xiàn)[1]

其中纖維素是木材的強(qiáng)度支架，它沿著樹生長(zhǎng)的方向高度有序地排列著，而半纖維素和木質(zhì)素作為小分子和粘合劑，通過(guò)氫鍵和共價(jià)鍵與纖維素交織成了承力網(wǎng)絡(luò)，形成了保護(hù)植物細(xì)胞的天然抗降解屏障。木質(zhì)素則是一類復(fù)雜的有機(jī)聚合物，在細(xì)胞壁的形成中發(fā)揮重要作用，特別是在木材和樹皮中，它能賦予其剛性并且不容易腐爛。

02

如何將木頭變透明？

事實(shí)上，將木材變透明的關(guān)鍵就在于將木質(zhì)素中的發(fā)色基團(tuán)去除，保留其芳香族骨架。具體的操作流程簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是：給木頭刷雙氧水，再曬個(gè)太陽(yáng)，然后泡在酒精里，最后將一種透明材料環(huán)氧樹脂填充進(jìn)去，待其固化后就完成了。

透明木頭制作流程圖

圖源：文獻(xiàn)[2]

這樣，我們就能擁有一塊透明的木頭啦！

圖源：文獻(xiàn)[2]這個(gè)方法的發(fā)明者是來(lái)自馬里蘭大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院胡良兵教授團(tuán)隊(duì)的夏芹芹和陳朝吉，在把一塊1m長(zhǎng)、1mm厚的巴沙木板做成透明木板的具體操作中，他們先在木板表面刷一遍雙氧水，然后將其暴露在紫外線燈光（或陽(yáng)光）下一小時(shí)，這時(shí)雙氧水會(huì)漂白掉木質(zhì)素的發(fā)色基團(tuán)，只保留木質(zhì)素的芳香族骨架。

刷雙氧水漂白

圖源：文獻(xiàn)[2]接著將木材浸入乙醇中，以除凈木質(zhì)素等殘留物。最后，在木材孔隙中填充和木材細(xì)胞壁的折射率相匹配的透明環(huán)氧樹脂，待木板被填充并固化后，一塊擁有90%透明度的木板就誕生了，遠(yuǎn)高于天然木材6%~36%的透明度。

制備剖面示意圖圖源：文獻(xiàn)[2]

這種透明木頭的制備方法，具有更高的生產(chǎn)效率，更低的成本，并且更具可持續(xù)性和可控性，是一種經(jīng)濟(jì)高效的制造工藝。

看完上面的內(nèi)容后，透明木頭的制備操作是不是很簡(jiǎn)單？有條件的可以自己在家DIY！但雙氧水是強(qiáng)氧化劑，濺到皮膚上會(huì)很疼，在科學(xué)探索的過(guò)程中，一定要注意防護(hù)，安全第一。

不同圖案的DIY透明木頭圖源：文獻(xiàn)[2]03

透明木材有什么用？

透明木材具有重量輕、透光率高、一定霧度、導(dǎo)熱系數(shù)低以及機(jī)械強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)。與玻璃、塑料等其它透明材料的高能耗、高污染的工業(yè)化生產(chǎn)模式相比，透明木材的制備更綠色環(huán)保，而且它的原材料選擇范圍也比較廣泛。

與作為建筑材料的玻璃相比，透明木材更輕且更堅(jiān)固，隔熱性也更強(qiáng)，可用于有承重功能的窗戶和屋頂，適用于有建筑美學(xué)需求的場(chǎng)所，例如用于機(jī)場(chǎng)、圖書館、博物館等公共場(chǎng)所的墻體材料。

圖源：靈感邦

除此之外，由于透明木頭獨(dú)特的層次結(jié)構(gòu)、高電阻率和良好的光管理特性，它有可能被廣泛應(yīng)用于光電器件、節(jié)能建筑以及太陽(yáng)能電池和觸摸面板等。在沙塵惡劣環(huán)境下，還可作為太陽(yáng)能電池板的覆蓋物，使其在有陽(yáng)光的沙塵天氣下也能繼續(xù)發(fā)電。

圖源：昵圖網(wǎng)

相信憑借這些綜合優(yōu)勢(shì)，透明木質(zhì)復(fù)合材料在未來(lái)會(huì)更有廣闊的應(yīng)用場(chǎng)景！

參考文獻(xiàn)

[1] 孔維慶, 胡述鋒, 俞森龍, 周哲, 朱美芳.木質(zhì)纖維素功能材料的研究進(jìn)展[J].紡織學(xué)報(bào), 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：許燕，復(fù)旦大學(xué)材料學(xué)在讀博士

編輯：一人白

鳴謝：蘇州科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 教授 馬汝廣 為本文提供科學(xué)指導(dǎo)