透明木材即将问世,它可以替代玻璃作为节能产品

玻璃窗玻璃
像这样的玻璃窗可以用透明的木材代替。 Shutterstock / Visions-AD

木材是人类数百万年来一直在使用的古老材料,用于建造房屋,船舶以及用作燃烧的燃料。 它也是一种可再生资源,也是从地球大气中捕获过量二氧化碳的一种方法。 今天,木材的主要成分-纤维素-每年在 体积是钢材的20倍。

您不会用木头做的一件事就是制作窗户。 取而代之的是,我们依靠透明的玻璃和塑料,并且在增韧时可以提供结构支撑。 但是建筑物通过玻璃损失了很多热量,尽管光可以通过材料带走一些热量,但它并不是很好的绝缘体。 这就是为什么我们需要双层玻璃。 另一方面,木材具有很高的绝缘性,但不透明。 通常。

近年来,材料科学家一直在尝试使木材透明。 使木材具有透明性并保持其高机械性能,将为可持续和可再生来源的玻璃提供很好的替代方法。 以前的方法 这样做需要消耗大量能源并使用有害化学物质,但是 一项新的研究 已经展示了一种在不使用大量能量的情况下使木材透明的方法。

透过木头看

木材缺乏透明度是由于纤维素和木质素这两种主要成分的结合。 木质素吸收光,材料中发色团(光活化化合物)的存在使木材看起来呈褐色。 木材中主要包含纤维素的纤维是空心管状结构。 这些空心管中的空气会散射光,从而进一步降低了材料的透明度。

以前使木材透明的工作涉及 去除木质素 完全从结构上替换为树脂材料。 木质素的去除需要许多对环境有害的化学物质,而且还大大减少了 机械性能 材料。 使它变弱。

马里兰大学研究人员进行的这项新研究展示了如何使用一种简单的化学物质-过氧化氢-使头发变得透明,该化学物质通常用于漂白头发。 这种化学物质改变了发色团,改变了它们的结构,因此它们不再起到吸收光和使木材着色的作用。

一个晴朗的杉木森林与注册前景。去除称为木质素的木材成分可以使其透明。 Shutterstock /克拉苏拉

可以将这种化学物质刷到木材上,然后使用光将其活化,以产生一种亮白色的材料-如果您愿意,可以是金色的木材。 木材与过氧化氢的化学反应是众所周知的。 这是漂白用于造纸的木浆的基础-这是纸张为亮白色的原因之一。

纸张为白色的另一个原因是,其结构中的孔或孔会散射光,就像木材中的空心纤维素纤维一样。 用树脂填充这些纤维可减少散射,使光线穿过木材并使之透明,同时保留其原始的机械性能。

木质窗户

这是一个非常令人兴奋的发展,它使用了过氧化氢与木质素的众所周知的化学反应。 该方法也可以应用于大块的材料,从而导致透明建筑材料的生产提供了替代玻璃的真正潜力。

由于化学品是刷在木头上的,因此可能会在材料上添加装饰效果。 这可以使材料面板在室内应用中很受欢迎,同时还可以提供额外的绝缘。

需要做进一步的工作来优化与木材的反应,并将其纳入工业自动化过程。 但是将来有一天,您可能会坐在家里或在带有木窗的建筑物中工作。

关于作者谈话

史蒂夫·艾希霍恩(Steve Eichhorn),材料科学与工程教授, 布里斯托大学

本文重新发表 谈话 根据知识共享许可。 阅读 原创文章.

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