木头透明，怎么把木头变成透明
chanong
|这就是木材的“转变”，但它从棕色变成透明的“魔力”是什么？
图| 一块木板从棕色变成白色（来源：Science Advances）
当你透过这块板看下面的花朵时，透光性非常好，你可能会认为这是一块玻璃板，但它实际上是100% 木树脂复合材料。
图片| 透过透明木板还可以看到木板下面的植物（来源：Science Advances）
用木质素改性并填充树脂的木板具有与玻璃相同的透明度，可透射90%以上的自然光，具有比玻璃更好的机械性能和热性能，并且强度可比。与其他透明木材类似。
如果你房间的墙壁是用这样的板材制成的，你不用打开窗户就可以透过墙壁看到蓝天并查看天气。
照片| 透过透明木板可见蓝天（来源：Science Advances）
这是“木王”——，马里兰大学材料科学与工程系胡良兵教授团队继此前开发出具有美观图案的新型透明木材后，再次推出新一代木材。太阳能辅助合成可图案透明木板。
1月27日，相关论文发表在《Science Advances》上，标题为《太阳能辅助制造的大型可图案化透明木材》（大规模、可图案透明木材的太阳能生产）。论文通讯作者为胡良兵。第一作者为夏沁沁。胡良兵课题组博士后陈朝智博士是一位90后中国女孩。
准备工作：为什么木材会变得透明？例如，我们将使用长1m、厚1mm的轻木板制成透明板。首先，我们将双氧水刷在板的表面。
照片| 涂抹双氧水（来源：胡良兵）
然后将其暴露在紫外线或阳光下一个小时。此时，过氧化氢漂白木质素中的发色团，使大部分木质素保持完整。
图片| 干燥（来源：胡良兵）
然后将木材浸泡在乙醇中以去除木质素和其他残留物。最后，木材的孔隙中填充了专为海洋用途设计的透明环氧树脂，该树脂与木材细胞壁的折射率相匹配，然后填充并固化以形成90% 透明的板材。远高于天然木材6%至36%的透明度。这种方法也可以称为“化学刷洗”，因为它使用刷子和化学溶液。
图片| 漂白木板的诞生（来源：胡良兵）
木材本身并不透明，但这与木材的两种基本成分有关：纤维素和木质素。纤维素其实离我们并不遥远。如果将纸巾撕成两半，您会在撕开的边缘看到少量纤维素纤维。另一方面，木质素含有发色团分子，使木材呈现棕色并阻止光线穿过。纤维素纤维是中空的管状结构，中空管内的空气会散射光线，进一步降低了木材的透明度。
早期制作透明木材时，主要采用一种叫做“氯化钠溶液脱木质素”的方法，利用危险化学品去除木质素，但这种方法不仅需要高温条件，而且费时费力，成本高。准备好的木材比较脆。为了避免上述情况，胡良兵团队选择对木质素进行改性而不是去除，但他们使用的新技术便宜、简单，而且可以在自己的花园里完成，我也能做到。
图| 透明木材制备步骤（来源：Science Advances）
该技术的原理是木材中的发色团主要由木质素产生，木质素可以吸收紫外线，而紫外线的激发也可以使木质素产生自由基。受木质素特性的启发，研究小组利用紫外线激发和过氧化氢氧化去除木质素的发色团。
木材具有三维互连的多孔结构，微通道直径范围为15至300微米，这种独特的多孔结构有利于过氧化氢的快速渗透和紫外线的捕获，最终有效去除吸光发色团。
而且，太阳能是地球上最丰富的能源，而太阳能的一部分是由紫外线（UV）辐射组成的，因此阳光在短时间内漂白木材并获得透明的木材是可以做到的。
图| 透明木材的结构（来源：Science Advances）
这个过程并不难理解，但将纸巾浸泡在水中也会增加其透明度，因为填充纸巾孔中的水的折射率比原始空气更接近纤维素的折射率。这减少了入射光的散射并使纸巾变得半透明。
谈到这项技术的先进性，胡良兵教授表示，这种利用阳光和化学刷涂的方法，可以选择性地处理木材样品的指定区域，从而制造出具有不同图案的透明木板。
如下图所示，团队制作了带有各种图案的透明木板，但由于大部分团队成员都是中国人，所以他们制作了带有太极和八卦图案的木板，这是我特意制作的。
图片| “太极八卦”透明木板（来源：胡良兵）
如下图所示，用刷子蘸双氧水在木板上画一个“A”形，放在紫外线下照射一个小时，然后填充环氧树脂，形成一个空心的“A”形.马苏。木板。
图片| 空心“A”形木板（来源：胡良兵）
他们还演示了形状更复杂的透明木材样品，比如两个透明的圆形减去一个不透明的菱形，并用这种方法实现了具有任意图案的透明木材，我们已经证明我们可以做到。
插画| 不同图案的透明木板（来源：Science Advances）
这种制造方法没有完全破坏木质素的芳香结构，所得的透明木板具有31.4至46.2兆帕的高拉伸强度，是天然木材拉伸强度的1.8至44.8倍，小于4。 % 光吸收率低，光学浊度高，为60% 至80%。
测试表明，透明木板的木质素含量为19.9%，仅比天然木材23.5%的木质素含量低几个百分点。它粘合并封装纤维素纤维以保持板材的机械性能。透明木板的内部微通道直径为10-270m，这意味着即使经过处理，多孔结构仍保留在天然木材内部。
根据红外光谱分析，“化学刷”方法不仅可以分解木质素发色团，还可以保留木质素的芳香骨架，有力地支持聚合物的渗透，使得透明木板的清洁能力可以变得更强。透明木板的电子显微镜图像显示，透明环氧树脂的注入形成了致密结构，增加了光透射并抑制了光散射。
当我们在200~2000纳米范围内测量天然木材和透明木材的透光率时，发现透明木材在L方向和T方向的性能优于天然木材（L6%、T36%） 。 我明白。在可见光波长范围（400-800nm）内具有约90%的高透明度。透明木材的吸收率接近0%，在可见波长下远低于天然木材。这是因为木质素中的吸光发色团已被去除，使得几乎所有可见光都能穿过透明木材。
图| 透明木板的光学和机械性能（来源：Science Advances）
它具有大规模制造能力，可以制造透明墙壁或用作防护罩，研究团队表示，透明木板已经可以大规模、快速制造，就是这个意思。如下图所示，通过阳光照射1小时，可生产出三块长度为1m的木质素改性木板，并用环氧树脂浸润后，得到尺寸为400mm110mm的透明木板最终得到x 1 mm，可以.
图| 透明木板具有广泛的制备功能（来源：Science Advances）
“氯化钠水脱木质素”法产生960毫升废液，而该制备方法仅产生30毫升废液，并且不产生任何有毒气体。因此，“化学刷涂”方法具有更大的环保效益。
胡良兵说：“这种透明木材不仅比玻璃更轻，而且更坚固，隔热性能更好，可以用作承重窗和屋顶，也可以用于建造透明房屋。 “ 他说。例如，它可以用作机场、博物馆等公共场所的幕墙，而墙体材料比玻璃更脆，因此向透明木墙扔石头不会造成损坏。当然，并不是每个人都想住在透明的房子里。
玻璃窗是冬季室内热量散失的主要来源，但透明木材具有良好的隔热性能，在制造过程中不需要高温，比玻璃制造更环保。
木材也是一种可再生能源，树木在生长过程中通过呼吸二氧化碳，释放出氧气，这对人类非常有益。在沙尘多的恶劣环境下，它还可以用作太阳能电池板的覆盖物，让您即使在恶劣天气下，只要有阳光，也能继续发电。纤维素是木材的主要成分，每年的产量是钢材的20 倍。透明板的木材选择也比较广泛，有橡木、杉木等。
在成本方面，相比“溶液脱木素”法，化学刷洗生产效率更高、成本更低、可持续可控。这是一种经济高效的制造工艺，也利用了天然太阳能。
对于该材料的未来应用，胡良兵表示，透明木材因其独特的分层结构、高电阻率以及优异的光管理性能，也将成为一种新材料。因此，可广泛应用于光电器件、节能建筑、太阳能电池、触摸屏等领域。