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更强韧耐用,透明木材有机会取代塑胶、玻璃

2023-12-5 未解之谜网

这片看起来颇有质感的“透明物”,不是玻璃也不是压克力,是用木头制成,由于更坚固也更柔韧,未来透明木头或许就能应用在萤幕、灯具或是变成智慧变色窗户。

但要如何制作透明木头?脑中提到木头,第一个浮现的就会是咖啡色系,即使纤维素及半纤维素透明无色,但重要结构“木质素(Lignin)”为褐色,为了制造透明木材,科学家首先需要漂白或用其他方式去除木质素,留下乳白色的空心骨架。

即使如此木材还没办法完全透明,还有其他步骤需要处理一番,木质素结构复杂,木质孔部会产生大的可见光散射,要再注入人造树脂(环氧树脂),这样不仅能让阳光穿透,还可以令木材变得坚硬。

目前也有多项透明木材研究,好比美国马里兰大学教授胡良兵所使用的材料相当薄,厚度在不到 1 公厘到 10 公厘左右。胡良兵认为,木质素有着坚固的蜂巢状结构,微小的木纤维比碳纤维还要坚固,添加树脂后,透明木材的性能优于塑胶和玻璃,透明木材在压力或破裂测试中,强度是透明压克力的三倍左右,坚韧程度约为玻璃的 10 倍。

瑞典皇家理工学院材料科学家 Lars Berglund 团队制作出来的还带点木纹质感,看起来就像毛玻璃,可是绝缘效果更好。

2016 年的最初研究中,胡良兵和 Berglund 都发现,不到 1 厘米厚的透明木材,可以让 80%~90% 光线穿透,随着厚度愈来愈接近 1 厘米,透光率随之下降,Berglund 研究发现,3.7 公厘厚的木材只能透射 40% 的光。

这种材料和强度代表未来有机位可以取代薄而易碎的塑胶或玻璃,成为显示器等的替代品,且当然,也有机会应用在窗户上。印度理工学院工程师 Prodyut Dhar 表示,透明木材隔热效果比玻璃更好,可以帮助建筑保留或阻挡热量。

透过不同组合配置,透明木材也可以变成智慧变色窗户,Berglund 团队先前将电致变色聚合物夹在涂有电极聚合物的透明木材层间,只要通电透明木材就会变成红色。

透明木材也有跟上现在的净零低碳趋势,瑞典 RISE 研究所的材料科学家 Céline Montanari 结合丙烯酸和柠檬烯用于漂白木质素,这种生物基透明木材还是能维持机械和光学特性,比普通木材多能承受 30 MPa 压力,并能透射约 90% 的光。

胡良兵也提出更环保的木质素漂白方法,依靠过氧化氢和紫外线辐射来降低能源需求。研究团队用过氧化氢洗刷厚度约 0.5~3.5 公厘的木片,放在紫外线灯下以模仿日照,成功漂白木质素的深色部分,不尽不伤结构强度还更高。

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