這片看起來頗有質感的「透明物」,不是玻璃也不是壓克力,是用木頭製成,由於更堅固也更柔韌,未來透明木頭或許就能應用在螢幕、燈具或是變成智慧變色窗戶。
但要如何製作透明木頭?腦中提到木頭,第一個浮現的就會是咖啡色系,即使纖維素及半纖維素透明無色,但重要結構「木質素(Lignin)」為褐色,為了製造透明木材,科學家首先需要漂白或用其他方式去除木質素,留下乳白色的空心骨架。
即使如此木材還沒辦法完全透明,還有其他步驟需要處理一番,木質素結構複雜,木質孔部會產生大的可見光散射,要再注入人造樹脂(環氧樹脂),這樣不僅能讓陽光穿透,還可以令木材變得堅硬。
目前也有多項透明木材研究,好比美國馬裏蘭大學教授胡良兵所使用的材料相當薄,厚度在不到 1 公釐到 10 公釐左右。胡良兵認為,木質素有著堅固的蜂巢狀結構,微小的木纖維比碳纖維還要堅固,添加樹脂後,透明木材的性能優於塑膠和玻璃,透明木材在壓力或破裂測試中,強度是透明壓克力的三倍左右,堅韌程度約為玻璃的 10 倍。
瑞典皇家理工學院材料科學家 Lars Berglund 團隊製作出來的還帶點木紋質感,看起來就像毛玻璃,可是絕緣效果更好。
2016 年的最初研究中,胡良兵和 Berglund 都發現,不到 1 公分厚的透明木材,可以讓 80%~90% 光線穿透,隨著厚度愈來愈接近 1 公分,透光率隨之下降,Berglund 研究發現,3.7 公釐厚的木材只能透射 40% 的光。
這種材料和強度代表未來有機位可以取代薄而易碎的塑膠或玻璃,成為顯示器等的替代品,且當然,也有機會應用在窗戶上。印度理工學院工程師 Prodyut Dhar 表示,透明木材隔熱效果比玻璃更好,可以幫助建築保留或阻擋熱量。
透過不同組合配置,透明木材也可以變成智慧變色窗戶,Berglund 團隊先前將電致變色聚合物夾在塗有電極聚合物的透明木材層間,只要通電透明木材就會變成紅色。
透明木材也有跟上現在的淨零低碳趨勢,瑞典 RISE 研究所的材料科學家 Céline Montanari 結合丙烯酸和檸檬烯用於漂白木質素,這種生物基透明木材還是能維持機械和光學特性,比普通木材多能承受 30 MPa 壓力,並能透射約 90% 的光。
胡良兵也提出更環保的木質素漂白方法,依靠過氧化氫和紫外線輻射來降低能源需求。研究團隊用過氧化氫洗刷厚度約 0.5~3.5 公釐的木片,放在紫外線燈下以模仿日照,成功漂白木質素的深色部分,不盡不傷結構強度還更高。
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標題:更強韌耐用,透明木材有機會取代塑膠、玻璃
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