透明木材是一種多功能木質復合材料,關于透明木材的第一份報道來源于Fink公司于1992年編寫的木材形態學研究。后來,通過將機械性能與光學透射率研究相結合,提出了透明木材在工程相關領域的應用。由于在基本木材特性基礎上增加了光學透射率,透明木材有助于木材解剖學研究,還可用于透光智能建筑、電子設備,以及光伏電池和光源等光子設備。
在此,筆者總結了近年來透明木材相關的研究報道和研究進展。
1.Sci. Adv.: 太陽能輔助制造大規模、可構圖的透明木材透明木材被認為是節能工程應用中一種有前途的結構和光管理材料。然而,用于制造透明木材的基于溶液的脫木素過程,通常消耗大量的化學物質和能量。在此,美國馬里蘭大學胡良兵團隊報道了一種通過使用太陽能輔助化學刷涂方法,改變木材的木質素結構來生產光學透明木材的方法。這種方法保留了大部分木質素作為粘合劑,為聚合物滲透提供了堅固的木材骨架,同時大大減少了化學和能量消耗以及加工時間。所獲得的透明木材(厚度約1mm)顯示出高透光率(> 90%)、高霧度(> 60%)和在可見光波長范圍內優異的導光效果。此外,作者可以使用這種方法,在木材表面直接獲得不同的圖案,這賦予透明木材優異的圖案可加工性。這種透明木材結合了其高效、可圖案化和可擴展的生產,是節能建筑應用的一種有前途的候選材料。
2. J. Mater. Chem. A.: 厘米厚的透明木材透明木材具有高透光率、良好的隔熱性和高韌性,是一種極具吸引力的節能建筑結構材料。然而,厚的高度透明的木材很難實現。在此,瑞典皇家理工學院Lars Berglund和Min Yan合作,通過木材模板乙酰化的界面操作實現了高透光率的透明木材(1.5 mm),具有92%的透光率,接近純聚甲基丙烯酸甲酯(95%)的透光率。實驗和電磁建模都支持透射率的提高主要是由于界面剝離間隙的消除。通過應用這種方法,獲得了一厘米厚的透明木材結構。通過在頂部層壓聚合物分散液晶膜,透明木材可以用作光學可調窗口的基底。本研究展示的技術在未來可替代智能窗戶和智能建筑中的玻璃。
1. Nat. Commun.: 適用于節能建筑的可擴展、美觀透明木材如今,節能建筑材料對于降低室內能耗非常重要,因為它們能夠更好地隔熱、促進有效的陽光收集并提供舒適的室內照明。在此,美國馬里蘭大學胡良兵團隊基于空間選擇性脫木素和環氧樹脂滲透工藝,展示了一種新穎的可伸縮的美觀透明木材,具有美學特征(例如完整的木材圖案)、優異的光學性能(平均透光率約為80%,霧度約為93%)、良好的紫外線阻擋能力和低熱導率(0.24 W m-1K-1)。此外,美觀木材的快速制造工藝和機械強度(91.95 MPa的高縱向抗拉強度和2.73 MJ m-3的韌性)有利于放大生產規模(320mm×170mm×0.6mm),同時節省大量時間和精力。這種美觀的木材在節能建筑應用中有很大的潛力,如玻璃天花板、屋頂、透明裝飾和室內面板。
2. ChemSusChem:
節能建筑用大尺寸透明木材透明木材作為一種節能建筑材料,具有高透光率、優異的力學性能和良好的隔熱性能,極具吸引力。然而,目前的研究僅限于在實驗室制作小尺寸樣品。一種能夠容易且有效地生產任何尺寸和任何厚度的透明木材的方法,對于實際應用是理想的。南京林業大學Yaoli Zhang團隊提出一種新的制備方法,以木質纖維制成的透明木材作為基材,可使細胞壁與浸漬的聚合物結合更緊密,從而提高透光率。與以前報道的方法制備的木材相比,用這種新方法制備的透明木材不僅保留了相同的優點,而且制備效率更高,適合大規模生產。在模擬真實環境下,透明木材樣板房室內溫度的可保持性,揭示了纖維基透明木材因其導熱系數低而表現出的優異隔熱性能,在節約熱能方面顯示出顯著的效益。
3. J. Mater. Chem. A.: 用于隔熱窗應用的含納米CsxWO3的透明木材上海大學Yanfeng Gao團隊將納米粒子分散在預聚合的甲基丙烯酸甲酯中,然后填充到脫木質素木材的納米孔中,制備透明木材。該木質復合材料表現出優異的近紅外(NIR,范圍從780到2500 nm)屏蔽能力和高可見光透明度。CsxWO3/透明木材也表現出優異的機械性能,斷裂強度高達59.8 MPa,模量高達2.72 GPa。CsxWO3/透明木材有望成為智能窗應用的潛在材料。