木材也玩出新花样：既透明，机械性能也大幅提升！

木材是现实生活中应用极广的结构性材料，由于其自然生长方式及条件的不同，最终所表现出的机械性能也不尽相同。

木材最显著的特点是各向异性，这与其内部均匀排布的立式通道有关。这些立式通道用来提供树木生长所必需的水分、矿物质及养料等。木材细胞壁包含直径约3-5nm的纤维丝，以及木质素和胶质等物质。此外，纤维素、半纤维素和木质素的交互结构，造就了木材优越的机械性能。

最近，马里兰大学的研究者们研究出一种新方式：将木材中的木质素去除，代之以聚合物，最终木材透光率达90%，且力学性能大为改观，强度提升4~6倍。研究人员认为这种新型复合材料可作为结构材料应用于同时要求机械性能和透光性能的场合下。

图文导读：

图一：木材细胞壁中的介孔结构，充满立式通道，去除木质素并填充聚合物后，木材变得高度透明。

图二：（a,b,c），从木材中取两块50×50×3的木块，分别记为R和L，如图；

（d），R木块的微观结构；

（e），L木块的微观结构；

（f），步骤一：将两块木块浸入包含NaOH和Na2SO3的混合溶液中，去除部分木质素；步骤二：将两块木块浸入H2O2溶液中，去除剩余木质素；

（g,h），随着木质素逐渐溶解去除，木块颜色渐渐变浅；

（i,j），步骤一二中R木块木质素去除速度均快于L木块。

图三：扫描电镜图。（a），木质素去除后木块；（b），立式通道管腔内表面；（c），细胞壁纳米纤维素；（d），聚合物填充后的木材聚合物。

图四：两块透明木料表现出一系列不同的各向异性。

（a,b），两块透明木料复合物（2mm厚）光学性能测试；

（c），R木块在xy平面内光线散射效应呈现各向同性；

（d），L木块在xy平面内光线散射效应呈现各向异性；

（e,f），两透明木块在x，y方向不同角度光线散射强度；

（g,h），R木块直接放在方格纸上与位于方格纸上5mm对比；

（i,j），L木块直接放在方格纸上与位于方格纸上5mm对比；

（k），两木块原始透明度与处理后透明度对比；

（l），两透明木块均表现出高雾度。

图五：（a,b），两透明木块进行机械测试；

（c,d），两木块处理前后应力应变曲线对比；

（e,f），两原始木块应力应变测试断裂后横断面扫描电镜图；

（g,h），两透明木块应力应变测试断裂后横断面扫描电镜图。

表：两木块原始力学性能与透明处理后力学性能对比

小结：

这种新型透明木材的光捕获能力极强，能够大大提升太阳能电池效率。另外，其高透明度及高强度能使其广泛应用于汽车及建材当中。

题外话：发这篇AM的课题组来自美国马里兰大学，不过从名字上看，好像都基本都是华人或者华裔。

文献链接：Highly Anisotropic, Highly Transparent Wood Composites

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