透明木材：有望替代玻璃，成为“未来之窗”

美国森林产品实验室（Forest Products Laboratory）与马里兰大学、科罗拉多大学合作，开发出了一种透明的木材。轻质木材经过一系列的处理，可以具有与玻璃相近的透光度，并且相较于玻璃，有更好的隔热性能与韧性，或将替代玻璃，成为未来最有潜力的半透明建筑材料。

这一发现发表在《先进功能材料》（Journal of Advanced Functional Materials）杂志论文《一种用于节能窗户的透明、坚固、隔热的透明木材》（A Clear, Strong, and Thermally Insulated Transparent Wood for Energy Efficient Windows）中。

目前，玻璃是建筑窗户最常用的材料。但是玻璃易于传导热量、尤其是单层玻璃。夏季，室外的热量大量地向室内辐射，使建筑产生较高的制冷能耗；冬季，建筑内部的热量容易通过玻璃散逸至室外，增加建筑的制热能耗。另外，玻璃的生产也带来了沉重的碳足迹：每年制造玻璃产生的碳排放量约25000吨。

研究员发现，巴尔杉木（世界上最轻的木材之一）在室温下经氧化剂与聚乙烯醇（PVA）的处理后，木材可变得如玻璃一般透明。这种透明木材的热学性能更加符合时下可持续性发展的需求。透明木材的导热系数不足玻璃的五分之一。当运用在建筑中时，尤其在特别寒冷的地区中，可以大大减少建筑制热所消耗的能源。

另外，透明木材在力学性能上具有玻璃不具备的优势。它比玻璃更轻，可以承受强烈的冲击，因为纤维素结构与聚合物填料相结合可提供更大的韧性，它的韧性（3.03 MJ m−3）比标准玻璃（0.003 MJ m−3）高3个数量级。这意味着它能够在变形前承受很大的应力，并且不会破碎，而是弯折。这很大程度避免了对人的伤害。

根据论文所述，一种具体的制备透明木材的方法如下。首先脱木质素：将木材浸入NaClO溶液中，后以去离子水漂洗，经冻干得到白色的木片；然后制备透明木材：将干燥的白色木片浸入PVA溶液，并在高压下通过脱气使木片膨胀，后将木材加以干燥、固化。最终得到透明木材。

目前阶段，透明木材雾度（约为15%）仍比玻璃高。但对于天窗等利用散射光即可满足需求的位置，透明木材有其用武之地。马里兰大学研究人员最新研究出雾度更低、接近于商用玻璃透明度的透明木材，也进一步缩小了两种材料的使用效果差距。

参考资料

[1] https://www.fs.usda.gov/features/transparent-wood-could-be-window-future

[2] Ruiyu Mi等，《一种用于节能窗户的透明、坚固、隔热的透明木材》，2020 https://www.fpl.fs.fed.us/documnts/pdf2020/fpl_2020_mi001.pdf

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