木材也玩出新花樣：既透明，機械性能也大幅提升！

木材是現實生活中應用極廣的結構性材料，由于其自然生長方式及條件的不同，最終所表現出的機械性能也不盡相同。

木材最顯著的特點是各向異性，這與其內部均勻排布的立式通道有關。這些立式通道用來提供樹木生長所必需的水分、礦物質及養料等。木材細胞壁包含直徑約3-5nm的纖維絲，以及木質素和膠質等物質。此外，纖維素、半纖維素和木質素的交互結構，造就了木材優越的機械性能。

最近，馬里蘭大學的研究者們研究出一種新方式：將木材中的木質素去除，代之以聚合物，最終木材透光率達90%，且力學性能大為改觀，強度提升4~6倍。研究人員認為這種新型復合材料可作為結構材料應用于同時要求機械性能和透光性能的場合下。

圖文導讀：

圖一：木材細胞壁中的介孔結構，充滿立式通道，去除木質素并填充聚合物后，木材變得高度透明。

圖二：（a,b,c），從木材中取兩塊50×50×3的木塊，分別記為R和L，如圖；

（d），R木塊的微觀結構；

（e），L木塊的微觀結構；

（f），步驟一：將兩塊木塊浸入包含NaOH和Na2SO3的混合溶液中，去除部分木質素；步驟二：將兩塊木塊浸入H2O2溶液中，去除剩余木質素；

（g,h），隨著木質素逐漸溶解去除，木塊顏色漸漸變淺；

（i,j），步驟一二中R木塊木質素去除速度均快于L木塊。

圖三：掃描電鏡圖。（a），木質素去除后木塊；（b），立式通道管腔內表面；（c），細胞壁納米纖維素；（d），聚合物填充后的木材聚合物。

圖四：兩塊透明木料表現出一系列不同的各向異性。

（a,b），兩塊透明木料復合物（2mm厚）光學性能測試；

（c），R木塊在xy平面內光線散射效應呈現各向同性；

（d），L木塊在xy平面內光線散射效應呈現各向異性；

（e,f），兩透明木塊在x，y方向不同角度光線散射強度；

（g,h），R木塊直接放在方格紙上與位于方格紙上5mm對比；

（i,j），L木塊直接放在方格紙上與位于方格紙上5mm對比；

（k），兩木塊原始透明度與處理后透明度對比；

（l），兩透明木塊均表現出高霧度。

圖五：（a,b），兩透明木塊進行機械測試；

（c,d），兩木塊處理前后應力應變曲線對比；

（e,f），兩原始木塊應力應變測試斷裂后橫斷面掃描電鏡圖；

（g,h），兩透明木塊應力應變測試斷裂后橫斷面掃描電鏡圖。

表：兩木塊原始力學性能與透明處理后力學性能對比

小結：

這種新型透明木材的光捕獲能力極強，能夠大大提升太陽能電池效率。另外，其高透明度及高強度能使其廣泛應用于汽車及建材當中。

題外話：發這篇AM的課題組來自美國馬里蘭大學，不過從名字上看，好像都基本都是華人或者華裔。

文獻鏈接：Highly Anisotropic, Highly Transparent Wood Composites

材料牛編輯小雨整理。