木材是人類最古老的建筑材料之一，也是一種綠色節(jié)能材料，我們對其外觀的認(rèn)知可謂根深蒂固，如今，隨著透明木材的問世，這一觀感將被顛覆。

01. 透明木材性能優(yōu)于玻璃

可讓房間真正實現(xiàn)冬暖夏涼

木材和玻璃是我們?nèi)粘Ｉ�活中�?yīng)用最多的兩種材料，木材常用于制作家具和廚房用具，玻璃則可以用于制作器皿和屏障。

兩者都有自己的優(yōu)勢和劣勢，木材的優(yōu)勢在于重量輕、便于分割和雕刻，玻璃的優(yōu)勢在于密封性好、擁有透明和隔音等功能。

而木材的劣勢在于壽命較短，不透明，玻璃的劣勢在于比較脆弱，容易被擊碎。

那么能否研發(fā)出綜合玻璃和木材兩者優(yōu)點的材料嗎？根據(jù)外媒報道，近期國外一支研發(fā)團(tuán)隊對外宣稱已經(jīng)研發(fā)出了一種透明木材，并認(rèn)為它在不久的未來可能可以取代普通玻璃。

透明木材能實現(xiàn)比玻璃更堅硬、更隔熱的功能。其中的木材基體、和所浸漬的聚合物之間存在強(qiáng)有力的鍵合，通過兩者之間的協(xié)同作用，材料的力學(xué)性能可以大大提升，韌性高達(dá) 2.73 MJ m-3，遠(yuǎn)超于玻璃的韌性。

關(guān)于可隔熱的功能，由于木材基體和聚合物的熱導(dǎo)值，均比玻璃的熱導(dǎo)值低，并且木材具有各向異性的骨架結(jié)構(gòu)，這可以讓美觀木材實現(xiàn)各向異性的熱管理性能。

由于透明木材并非完全透明，本身也具備高霧度的光學(xué)特性，所以能很好地保護(hù)用戶在室內(nèi)的隱私。

此外，這種木材也比較環(huán)保，玻璃制品需要經(jīng)過高溫，耗能比較大。而這種木材主要使用水漂洗，無需經(jīng)過高溫，因此比較節(jié)能。未來，該實驗室還將研究具有防噪性能的美觀木材。

02. 神奇變身

木材是怎樣變透明的？

透明木材外形看起來像玻璃，但它的實質(zhì)是木材和其他化合物。那么透明木材是如何制成的？

透明木材使用的冷杉樹本身是不透明的，因此去除木材的吸光成分，讓木頭變得透明是本次研究的關(guān)鍵步驟。簡言之，就是將顯色的木質(zhì)素進(jìn)行脫離去除。

研究團(tuán)隊主要采用亞氯酸鈉溶液，在 pH4.6 條件下對原始木材進(jìn)行化學(xué)處理。天然木材之所以呈現(xiàn)棕褐色，是因為木材中的木質(zhì)素，有著較強(qiáng)的光線吸收力。

經(jīng)過化學(xué)處理，木質(zhì)素就能從細(xì)胞壁中溶出，發(fā)色基團(tuán)也能被脫除，這時就會暴露出更多的纖維素。與此同時，木材的骨架結(jié)構(gòu)仍能得到保留。

完成上述過程后，該團(tuán)隊使用纖維素折射率相匹配的聚合物，對木材進(jìn)行浸漬，最終得到透明木材。

以自然界中的軟木和硬木為例，不同木材種類之間的結(jié)構(gòu)差異，會給最終制備出來的材料，帶來的不同美學(xué)效果。

如花旗松和松木這樣的軟木，這類木頭的早材和晚材，在形貌、密度和微觀結(jié)構(gòu)上，都具有明顯差異。最終所得材料，也會呈現(xiàn)出明顯的生長紋理，并表現(xiàn)出獨特的美學(xué)效果。

而對于椴木和輕木這類硬木來說，它主要依靠大導(dǎo)管來輸送水分等，其細(xì)胞壁厚度相對均勻，且具有雙峰狀的孔徑分布，因此在處理過程中，硬木的早材和晚材，會發(fā)生同步反應(yīng)，最終結(jié)果是不會保留明顯紋理。

03. 將木材玩出花樣

透明木材的迭代創(chuàng)新

談到透明木材，就不能不提到一個人：畢業(yè)于中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、馬里蘭大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院副教授胡良兵。

2013年將木頭用于鈉電池；2016年成功做出透明的木頭玻璃窗。后來，木頭在胡良兵的手上被玩出了花樣。

經(jīng)他手的木頭會變成電解質(zhì)、水凝膠、海綿、衣服，也會變成Li-CO2電池、鋰氧電池、太陽能、超級電容器、電催化的重要部件，創(chuàng)新性與實用性兼具，是名副其實的“木頭大王”。

胡良兵團(tuán)隊在《自然》子刊《自然·通訊》Nature Communications 上，發(fā)表論文《用于節(jié)能建筑可擴(kuò)展的美學(xué)透明木材》（Scalable aesthetic transparent wood for energy efficient buildings）。

論文展示了一種美學(xué)透明木材（下稱“美觀木材”），研究中所用的原始木材，是非透明的。研究團(tuán)隊通過去除木材中的吸光成分，并使用復(fù)合材料加工工藝，不僅讓木頭變得透明，還大大提升了力學(xué)性能。

04. 住宅建筑和功能性裝飾材料

透明木材大有用武之地

透明木材的研究不僅局限于化學(xué)成分的調(diào)整，制備工藝也在不斷優(yōu)化，其厚度、曲率、樹種方面也有了廣泛選擇，應(yīng)用領(lǐng)域被不斷拓寬。

現(xiàn)有研究多集中在電子設(shè)備、光學(xué)器件、住宅節(jié)能建筑及功能性裝飾材料等領(lǐng)域的應(yīng)用。

隨著經(jīng)濟(jì)與科技的高速發(fā)展，人們開始重視可持續(xù)設(shè)計在居住環(huán)境與住宅建筑的應(yīng)用，講究綠色建筑、節(jié)能住宅。

2017年，科學(xué)家將CsxWO3納米粒子分散在預(yù)聚合的甲基丙烯酸甲酯中，并將上述聚合物填充于脫木質(zhì)素木模板的納米孔隙中。

該透明木材展現(xiàn)了優(yōu)異的近紅外（波長為780-2500nm）屏蔽功能。透光率達(dá)到86%，霧度達(dá)90%的透明木材替代玻璃用作隔熱窗的材料既可以提供全天照明，又可以保護(hù)隱私，對近紅外的屏蔽性有利于降低住宅建筑對空調(diào)等能源的損耗，節(jié)能減排。

透明木材制備逐漸由薄木向厚木發(fā)展。2019年，科學(xué)家提出采用2-5cm厚的半透明木質(zhì)材料作為房屋模型的墻體材料，期間為了有效地收集陽光，實現(xiàn)室內(nèi)照明的一致性和均勻性，采用水蒸氣脫木質(zhì)素和環(huán)氧樹脂浸漬法制備符合材料。

此外，與透明木質(zhì)屋頂不同，半透明（透光率40%）木質(zhì)屋頂?shù)姆课菽Ｐ蛢?nèi)部從屋頂?shù)降孛娴墓鈴?qiáng)度增強(qiáng)。

透明木材也是一種有益的功能性裝飾材料。吳燕等為增強(qiáng)研究的實用性與有效擴(kuò)展家居裝飾材料種類，研究采用多種密度不同但較為常見的樹種，通過用折射率匹配的預(yù)聚合甲基丙烯酸甲酯直接浸漬木材的細(xì)胞腔和細(xì)胞間隙來制備透明木材。

在此過程中，保留了木質(zhì)素，使得透明木材制備過程縮短，更為節(jié)能，并且制得的透光木材不僅透光，還保留了天然木材的色澤和紋理，具有創(chuàng)新性。

2019年，林詩琦等發(fā)明高區(qū)率透明木材制備技術(shù)，先將脫木質(zhì)素模板浸漬于樹脂中，后彎曲塑形，再固化獲得一種高區(qū)率透光木材。木材的曲面穩(wěn)定且具有優(yōu)異的機(jī)械性能，透光率可達(dá)85%以上，該技術(shù)為透明木在功能性裝飾材料方面的應(yīng)用增加了塑形能力。

05. 透明木材落地量產(chǎn)將加速

目前，胡良兵擔(dān)任聯(lián)合創(chuàng)始人的 InventWood 公司，正在對該材料進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化。比較常見的應(yīng)用場景，如機(jī)場墻體、博物館墻壁、玻璃屋頂、以及室內(nèi)天花板，美觀木材可以很好地滿足這些場合的美觀度要求。

由于隔溫性能好，以中國為例，主要適用于溫度較冷的東北、或者長期較熱的部分南方地區(qū)。具體使用時，用于房間的采光面會非常好，因為它既可以當(dāng)墻，又有很好的透明度，并且比玻璃的機(jī)械性能更好。

目前，已經(jīng)在實驗室做出了尺寸為 320mm * 170mm * 0.6mm 的樣品。據(jù)介紹，美觀木材的實驗室制備成本很便宜，未來有望大規(guī)模制備。

據(jù)了解，玻璃墻面如果破裂，可能就是整面墻全部破裂。而木頭內(nèi)部全部是條狀物，假如掰開木頭，它也不會突然斷掉。不過，美觀木材距離真正應(yīng)用到公眾的生活中，仍需要一定時間。目前，實驗室專利已經(jīng)轉(zhuǎn)移到公司，有望解決量產(chǎn)問題，從而加速落地。

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