當提起透明的東西，你會想到什么？是玻璃、塑料、鉆石，還是水？

圖源：sohu.com
而提起木頭時，你腦海里是不是棕黃色帶紋理結構的樣子？


圖源：攝圖網
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]
透明木頭是怎么制成的呢？我們今天就來一探究竟！
01
木頭里有什么？
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，通過氫鍵和共價鍵與纖維素交織成了承力網絡 ， 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，它能賦予其剛性并且不容易腐爛 。
02
如何將木頭變透明？
事實上，將木材變透明的關鍵就在于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，然后泡在酒精里，最后將一種透明材料環氧樹脂填充進去，待其固化后就完成了 。


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]這個方法的發明者是來自馬里蘭大學材料科學與工程學院胡良兵教授團隊的夏芹芹和陳朝吉 ， 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，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 。最后，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，待木板被填充并固化后，一塊擁有90%透明度的木板就誕生了，遠高于天然木材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，并且更具可持續性和可控性，是一種經濟高效的制造工藝 。
看完上面的內容后，透明木頭的制備操作是不是很簡單？有條件的可以自己在家DIY！但雙氧水是強氧化劑，濺到皮膚上會很疼，在科學探索的過程中，一定要注意防護，安全第一 。


不同圖案的DIY透明木頭圖源：文獻[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、導熱系數低以及機械強度高等優點 。與玻璃、塑料等其它透明材料的高能耗、高污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固，隔熱性也更強，可用于有承重功能的窗戶和屋頂，適用于有建筑美學需求的場所，例如用于機場、圖書館、博物館等公共場所的墻體材料 。


圖源：靈感邦
除此之外 ， 由于透明木頭獨特的層次結構、高電阻率和良好的光管理特性，它有可能被廣泛應用于光電器件、節能建筑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 。


圖源：昵圖網
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應用場景！
參考文獻
[1] 孔維慶, 胡述鋒, 俞森龍, 周哲, 朱美芳.木質纖維素功能材料的研究進展[J].紡織學報, 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，復旦大學材料學在讀博士
編輯：一人白
【什么！木頭竟然能變成像玻璃那樣透明？】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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