這種材料可用於智慧型手機螢幕、隔熱窗等。
三十年前，德國的一位植物學家有乙個簡單的願望：在不解剖木本植物的情況下觀察它們的內部運作。 通過漂白植物細胞中的色素，齊格弗里德·芬克（Siegfried Fink）成功地創造了透明的木材，並在木材技術的小眾雜誌上發表了他的技術。 1992 年的那篇文章是十多年來關於透明木材的最後一句話，直到一位名叫拉爾斯·伯格蘭 （Lars Bergland） 的研究人員偶然發現了它。
伯格倫德的靈感來自芬克的發現，但不是出於植物學的原因。 這位材料科學家在瑞典KTH皇家理工學院工作，專門研究聚合物複合材料，他對創造一種更堅固的透明塑料替代品感興趣。 他不是唯一乙個對木材的優點感興趣的人。 在大洋彼岸，馬里蘭大學的研究人員也正忙於乙個相關的目標：將木材的強度用於非傳統目的。
現在，經過多年的實驗，這些小組的研究開始結出碩果。 透明木材可能很快就會用於智慧型手機的超強螢幕、柔軟、發光的燈具，甚至是變色窗戶等結構特徵。
中國南京林業大學木材奈米技術專家傅啟良說：“我真的相信這種材料會有美好的未來。 他是伯格倫德實驗室的研究生。
木頭由無數細小的垂直通道組成，就像一捆捆粘在一起的稻草。 這些管狀細胞將水和養分輸送到整個樹上，當樹木被收割和水分蒸發時，會留下空氣袋。 為了製造透明木材，科學家們首先需要修改或去除一種叫做木質素的凝膠，這種凝膠將細胞束固定在一起，並使樹幹和樹枝呈現出大部分土褐色。 當木質素被漂白或以其他方式去除時，它會留下乳白色的空心細胞骨架。
此時，骨架保持不透明，因為細胞壁彎曲的光線與細胞袋中的空氣不同——該值稱為折射率。 用環氧樹脂之類的東西填充孔隙，將光線彎曲到與細胞壁相似的點，可以使木材透明。
科學家研究的材料很薄，通常在一公釐到一厘公尺厚之間。 但是這些細胞形成了乙個堅固的蜂窩狀結構，微小的木纖維比最好的碳纖維更堅固，馬里蘭大學帕克分校透明木材研究小組的材料科學家胡良兵說。 通過新增樹脂，透明木材的效能優於塑料和玻璃：在測量材料在壓力下斷裂或斷裂的難易程度的測試中，透明木材的強度約為有機玻璃等透明塑料的三倍，比玻璃硬約10倍。
胡良兵在《2024年材料研究年度報告》中強調了透明木材的特性，稱成果驚人，一塊木頭可以像玻璃一樣堅固。
這個過程也適用於較厚的木材，但通過這種材料的視力更加模糊，因為它散射了更多的光線。 在他們2024年的原始研究中，胡 Liangbing和Berglund都發現，公釐厚的樹脂填充木骨架允許80%至90%的光線通過。 當厚度接近一厘公尺時，透光率會降低：Berglund的研究小組報告說，37公釐厚的木頭（約兩枚硬幣厚）只能穿透**40%的光線。
該材料的纖薄外形和強度意味著它可以成為由薄的、易碎的塑料或玻璃切割而成的產品（如顯示器）的絕佳替代品。 例如，法國公司 Woodoo 在其木屏風中使用了類似的木質素去除工藝，但留下了一點木質素以創造不同的色彩美感。 該公司正在為汽車儀表板和廣告牌等產品定製觸控感應數字顯示器。
然而，瓦拉納西西印度理工學院的生化工程師Prodyut Dhar認為，大多數研究都集中在透明木材作為建築特徵上，窗戶是乙個特別有前途的用途。 透明木材是比玻璃更好的絕緣體，因此它可以幫助建築物保持熱量或將其拒之門外。 胡和他的研究團隊還使用聚乙烯醇（一種用於膠水和食品包裝的聚合物）滲透到木製骨架中，以製造透明木材，其導熱速度比玻璃低五分之一，這項研究於2024年發表在《先進功能材料》雜誌上。
研究人員還提出了其他方法來提高木材保持或釋放熱量的能力，這對於節能建築很有用。 瑞典Rise研究所的材料科學家Céline Montanari和他的同事們對相變材料進行了實驗，當它們從固體變成液體時，它們從儲存到放熱，反之亦然。 例如，通過加入聚乙二醇，科學家們發現他們的木材可以在加熱時儲存熱量，在冷卻時釋放熱量，他們的研究成果發表在2024年的ACM應用材料和介面雜誌上。
因此，透明木窗比傳統玻璃更堅固，有助於溫度控制，但透過它們的視野會很模糊，比普通窗戶更像是磨砂玻璃。 然而，如果使用者想要漫射光，這種模糊可能是乙個優勢：由於較厚的木材的強度，它可以是乙個部分承重的光源，Berglund說，可能作為天花板，為房間提供柔和的環境光。
胡 Liangbing和Berglund一直在研究如何賦予透明木材新的效能。 大約五年前，Berglund和他在KTH和喬治亞理工學院的同事發現，他們可以模擬智慧型窗戶，從透明切換到有色，以阻擋能見度或太陽光線。 研究人員將一種電致變色聚合物夾在塗有導電電極聚合物的透明木材層之間，這種物質可以通過電流改變顏色。 這就形成了一種木板，當使用者通過小電流時，它會從透明變成洋紅色。
最近，這兩個組織已將注意力轉移到提高透明木材生產的可持續性上。 例如，用於填充木製腳手架的樹脂通常是石油衍生的塑料產品，因此最好避免使用，Céline Montanari說，她發明了一種從柑橘皮中提取的全生物基聚合物作為替代品。 該團隊首先將丙烯酸和檸檬烯結合在一起，檸檬烯是一種從檸檬和橙皮中提取的化學物質，存在於精油中。 然後他們將其浸漬在木質素脫木素木材中。 研究人員在 2021 年的《先進科學》雜誌上報告說，這種生物基透明木材保留了其機械和光學效能，可承受約 3,000 兆帕的壓力，並且比普通木材透射約 90% 的光，即使有水果餡料也是如此。
與此同時，胡的實驗室最近在《科學進展》雜誌上報道了一種更環保的木質素漂白方法，該方法依賴於過氧化氫和紫外線輻射，進一步降低了生產過程中的能源需求。 研究團隊刷了 05 比 35公釐厚的木屑，然後將它們放在紫外線燈前以模擬太陽光線。 紫外線漂白使木質素的著色部分變白，但保留了結構部分，從而有助於保持木材的更多強度。
這些更環保的方法有助於限制生產中使用的有毒化學品和化石基聚合物的數量，但根據達爾及其同事在《全面環境科學》雜誌上的分析，到目前為止，玻璃對環境的影響仍然低於透明木材。 研究人員表示，採用更環保的生產方案和擴大生產規模是將透明木材推向主流市場的兩個必要步驟，但這需要時間。 然而，他們相信這是可以做到的，並相信它作為一種可持續材料的潛力。
“當你試圖實現可持續發展時，你不只是想與化石基材料的效能相匹配，”Céline Montanari說。 作為一名科學家，我想超越這一點。 ”
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