透明木材应用研究新进展：可储存与释放热量

A block of wood is made transparent by professors at the University of Maryland.

 Credit： Maryland NanoCenter

三年前，瑞典和美国两个独立的科学家研究团队，分别使用平行研究方法实现了一种不可思议的材料：透明木材——这种材料被认为可以作为目前用于窗户的二氧化硅玻璃和太阳能电池板的更便宜更高效的替代品。而今，经过美国研究团队更进一步的研究，该材料还可以通过向其中的微细导管输入不同的化学物质，从而获得基于透明木头的多种不同功能的复合透明木材。其中，最具代表性的一个功能是能够储存热量，然后将其释放出来。

A close-up look at the transparent wood created at KTH Royal Institute of Technology.

 Credit： KTH Royal Institute of Technology

制作透明木材首先是化学去除木质素，木质素给木材带来黄褐色外观，并将其细胞和纤维结合在一起（有助于赋予木材特别的刚性）。当将木质素从木纤维中去除后，留下的材料外观呈乳白色，但尚不透明。然后两个团队分别采用了不同的处理方法：瑞典KTH皇家理工学院的研究人员将其基材与预聚合的甲基丙烯酸甲酯（PMMA：基本上是丙烯酸玻璃）混合，而美国马里兰大学的团队则将其漂白木材与环氧树脂混合。

由此，两个研究小组都获得了具有光学特性的木材，这些材料使得木材透明，但并不是完全透明：例如，瑞典团队实现了透光率达到85%透光率。通过他们的技术，可以通过简单地改变木材与PMMA的比例来改变木材的半透明度。美国马里兰大学（UMD）的科学家发现，除了拥有高雾度因子外，他们注入环氧树脂的透明木材比原始样品强四到六倍。虽然缺少了木质素赋予它自然的力量，但是当环氧树脂填充其静脉时，木材再次变得坚硬。

马里兰大学的首席研究员华人科学家梁良兵博士向CNN解释说：“这些形成通道壁的微小纤维，是木材如此坚固的原因。 我们不会打扰这些渠道，因此，我们第一次可以保持木材的骨架结构，使其透明，同时使其更坚固。“同时，向这些微小纤维渠道填充的材料具有广泛的选择性，使得其可以发展基于透明木头的功能材料。例如，可以选择更容易降解、更环保的透明聚合物材料获得更环境友好、可降解的透明木头，甚至将纤维素材料填充进去获得全天然的透明木头，或将天然颜料填充进去，可以获得各种颜色的透明木头等。

而最近，瑞典KTH皇家理工学院的Berglund和博士生Céline Montanari在之前的“透明木材”初始生产基础上，将处理过的木纤维和PMMA中添加了一种称为聚乙二醇（PEG）的“相变”聚合物。通常作为固体形式的PEG对木材具有很好的相容性，而且它还能够储存和释放热量。当其温度达到80ºF（27ºC）时熔化，并在此过程中储存能量。冷却下来时，它会恢复为半透明的固体，释放出储存的能量。——“在阳光灿烂的日子里，这种材料在到达室内空间之前就会吸收热量，室内的温度会比室外更冷，”Montanari说道。“而在夜间，相反的情况发生 - PEG变得坚固并在室内释放热量，这样你就可以在房子里保持恒温。”

Source： University of Maryland

目前，透明木材的发展正在向着更深入的功能研究和更广度的应用研究两个方面齐头并进：一方面，继续探索透明木材的填充材料，创造出更多功能更高效的复合透明木材；另一方面，将目前的研究成果推广应用于建筑材料、家具用料，甚至艺术家的创作原料。而木材本身的特点：优异的机械性能（包括强度，韧性，低密度和低导热性）和可再生的优势，以及透明木材的加工工艺不需要昂贵的仪器和试剂，相信这一技术推进到千家万户指日可待。

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