好“玻璃”，木头造！

当前，能源紧缺问题日益严重，据统计建筑能耗占社会总能耗的40%左右，因此，建筑节能是缓解能源短缺，促进经济可持续发展的一项重要工作。用于门窗的玻璃是继水泥和钢材之后的第三大建筑材料，对建筑节能减排至关重要。除此之外，玻璃在汽车、日用品等社会生活诸多方面应用广泛。

可是，玻璃和建筑能耗之间有什么关系呢？譬如夏天你打开空调，冬天打开暖气，由于玻璃热导率较高，隔热性较差，很大一部分冷气或者暖气就会通过窗玻璃耗散。除此之外，玻璃还具有易碎，不易加工等特点。开发一种同时具有高透光率和优异隔热性能的新型材料来替代玻璃，对于节能减排具有重要意义。

那么，能不能有什么东西能够取代玻璃呢？

透明木材

木材具有廉价易得的优势，也是古代建筑材料的选择，取代玻璃是个不错的方向。但是，玻璃的优势在于透明，木材是不透明的，怎么能取代玻璃呢？1992年，德国科学家SiegfriedFink就提出并实现了“透明木材”的想法，一直到2016年，以瑞典高等理工学院教授LarsBerglund、美国马里兰大学胡良兵教授等人为代表的多个团队重新开启并带领“透明木材”的研究，一时引起广泛关注。

木材之不透光，主要在于两点：1）木质素会吸收光；2）木材中大量微孔导致折射率比空气偏高。因此，常用的策略就是：1）提取木质素；2）填充折射率相匹配的聚合物。

精工细作

早在2016年，胡良兵课题组就初次制备得到了两种高各向异性、高透光性的透明木材。他们借用造纸术中常用的化学处理工艺，将3mm厚，50X50mm大小的木片浸泡在含有NaOH和Na2SO3的沸水溶液中去除部分木质素，然后转入双氧水中，进一步去除残留的木质素。进一步，研究人员将透明的低粘度液体环氧树脂浸入木材中，并反复进行真空和去真空操作，让环氧树脂填充到微孔中，实现了透光率79.4%，雾度88.7%（550nm波长）的透明木材。

这项技术主要依托成熟的工艺完成，成本完全可控。虽然如此，要想实现实际应用，还存在很多问题需要解决。譬如，如何进一步提高透光率，如何制造更大尺寸的材料，如何稳定地实现透光度、隔热性、力学性能等多项指标的同时达标等等。

近日，胡良兵团队在降低透明木材的雾度方面又取得新进展。雾度是衡量透明材料的一个重要指标，雾度越大，材料对光的散射能力越强，人眼就越看不清。之前的研究中，透明木材的雾度一般都超过40%。这次，胡良兵研究团队在90%的高透光性前提下实现了10%的雾度，达到了透明木材雾度新纪录。

研究人员通过NaClO脱除木材中的木质素和部分半纤维素，再经过和聚合物渗透的方法制备得到一种透明的木材复合材料。这项研究的特色在于：

1）木质素和半纤维素的去除，进一步增加了木材的多孔结构，促进聚合物的渗透，而且非常大削弱了光在木材中的散射和反射，使透光率高达90%，雾度被降低至10%；

2）该透明木材材料具有优异的隔热性能，其热导率仅为普通玻璃的1/3；

3）此外，该复合材料还具有很好的韧性和延展性，有利于加工成板状材料。这种兼具高透光率、低热导率和较好机械性能的透明木材复合材料有望代替传统玻璃，成为潜在的建筑门窗材料。

当然，除了建筑材料之外，透明木材还可以用于日常生活中的方方面面，以及电池、可穿戴电子器件等等领域。我们期待在这一领域，见到更多好成果，从好玩到好用不断打破！

参考文献：

1.LiangbingHuetal.HighlyAnisotropic,HighlyTransparentWoodComposites.Adv.Mater.,2016.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201600427

2.LiangbingHuetal.ClearWoodtowardsHighPerformanceBuildingMaterials.ACSNano,2019.

https://doi.org/10.1021/acsnano.9b00089