头条共创
透明木材兼具玻璃的高透光性（>70%）和木材的低密度、低导热率、无毒、生物可降解等性能，经改性后，还可赋予其柔性、储能性、阻燃性，在建筑材料、电子器件、阻燃、储能材料等方面具有巨大的应用前景。
本文从透明木材合成机理、制备方案、功能化改良，及其在建筑材料、阻燃材料、柔性材料等领域的应用，对近年来透明木材的研究现状进行了全面的归纳和分析。
01 透明木材合成机理
天然木材在可见光范围内不透明，原因是木材中含有吸光成分，如木质素、单宁、叶绿素[7]等，且由于木材内部含有多孔结构，光穿过木材时，折射率为1.56的细胞壁和折射率为1的空气不匹配，光在木材内部发生强烈散射。因此，为了制备透明木材，首要条件就是除去上述吸光成分，再填充折射率匹配的聚合物，减少折射差。
如下图所示，以木材细胞壁为例，细胞壁与空气折射率不匹配，光线穿过时，大部分光发生散射或被吸收，那么木材就是不透明的。当填充聚合物折射率约等于细胞壁折射率，光穿过该木基复合材料时，部分发生散射，而大部分光发生透射，那么该木基复合材料就是透明的。
02 透明木材制备工艺
透明木材的制备工艺多采用两步法，制备工艺时间较长，且所用化学试剂对环境有害，无法快速、大尺寸、工业化生产透明木材。本文从树种选择、脱木素工艺、聚合物填充等方面比较了制备工艺的差异。
（1）树种
树种的选择会影响透明木材光学特性，首选密度低、孔隙率高的树种，如巴沙木制备得到的透明木材，透光率最高可以达到91%；而山毛榉、橡胶等木材制备的透明木材其透光率略低。主要由以下原因导致：1）去除木质素的过程中，低密度木材的木质素或发色团更易去除，也更易去除微孔道中的杂质。
2）低密度高孔隙率树种在聚合物填充过程中，聚合物方便进入。聚合物进入孔道中越多，界面缝隙越小，折射率之差越小，透光率越高。目前，制备透明木材较为常见的树种有巴沙木、椴木、杨木、杉木等。
（2）脱木素工艺
木质素是木材中主要的吸光成分，天然木材经去木质素或改性发色基团后，得到漂白木材，是制备透明木材的第一步。脱木质素工艺主要有氢氧化钠/亚硫酸钠工艺、亚氯酸钠工艺等。上述两种工艺在制备过程中需要大量的化学试剂，且制备时间过长，不利于实际生产。
（3）聚合物填充工艺
填充与纤维素折射率相近的聚合物，是制备透明木材的关键。聚合物折射率与纤维素折射率差值越小，散射越少，木材越透明。光学透明和机械性能良好的PMMA和环氧树脂是较为常见的聚合物，但是PMMA制备过程中，会释放大量刺激性气体，对人体有害。
03 透明木材的应用
（1）建筑用透明木材
透明木材具有优异的透光率和机械性能、出色的导热率和防眩光特性可以高效的利用阳光。同时，木材内部垂直排列的导管结构，可以引导照射进室内的阳光，让室内光照更均匀。
建筑用透明木材具有显著的调节室内温度的能力，在未来建筑应用中可以很好地根据外界温度调节室内光照度，在室内温度过高时，减少光进入量；在室内温度过低时，增加光进入量，保证室内处在一个温暖舒适的环境。
（2）阻燃用透明木材
阻燃性是判断透明木材性能的指标之一，优异的阻燃性可以提高透明木材的使用范围和使用寿命。阻燃用透明木材具有良好的热稳定性和阻燃特性，以及低烟雾释放量，在建筑应用中展现出高水平的防火安全性，保护了居民人身安全。未来阻燃透明木材有望成为建筑环境中理想的防火隔热材料。
（3）柔性透明木材
柔性透明木材具有良好的拉伸性和拉伸回弹性，优异的柔韧性和抗弯曲特性丰富了透明木材的使用场景，为天然木材在电子皮肤传感器、压力传感器、可穿戴电子设备等方面应用提供了可能。
（4）储能透明木材
具有储能功能的透明木材可以有效利用阳光，节约能源，对日益严重的环境问题具有重要意义。储能透明木材离开发具有经济效益的节能建筑材料更近了一步。全球正在努力研发减少能源消耗和二氧化碳排放的技术，优异的储热能力可以降低能源浪费，减少碳排放。
未来应继续探索快速、绿色、工业化工艺生产透明木材，同时提高透明木材的柔韧性和可降解性。
编辑 / 苏芒
关键词 / 透明木材、透明木头
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