來源：技術(shù)鄰
“透明木頭”你聽說了嗎？
瑞典科學(xué)家和美國科學(xué)家成功研制了透明木頭!為什么要研究透明木頭？顯然透明木頭具有良好的力學(xué)性能，晶瑩剔透的美觀，感官上的檔次提升了N個檔次，這個發(fā)明的應(yīng)用前景被廣泛看好！例如，透明木頭可以用來做書桌、書架和餐桌等；也可以作為建筑材料，建造透光、結(jié)實又防水的房子；同時，由于其美觀性，甚至可能走上藝術(shù)家的創(chuàng)作臺，成為創(chuàng)作原料。
那么怎么獲得透明木頭呢？
木頭的確是大自然饋贈給人類的最簡單也最容易使用的材料，不需要像鋼鐵一樣去冶煉，也不需要像泥磚一樣去燒制，切割加工也遠(yuǎn)遠(yuǎn)比石頭要容易的多，除了千百年來人們一直在使用的木頭房屋，即使是現(xiàn)在，看看我們的身邊，木制家具，器皿，工具甚至藝術(shù)品仍然圍繞著我們，豐富和充實著我們的生活。
木頭，一直以來給人敦厚質(zhì)樸，踏實耐用的感覺，這些感覺其實多多少少和木頭作為一類材料本身的特性密不可分。例如，相比于鋼鐵，木頭的熱導(dǎo)率很低，觸感溫和舒適；相比于瓷器，木頭質(zhì)地堅韌，不易破損；相比于磚石，木頭硬度較低，有一定的彈性，這些特性賦予了木材獨特的活力 。然而，木頭沒有金屬或者瓷器釉質(zhì)靚麗的光澤和色彩，即使是精心打磨的木器，除了漂亮的紋理之外，本身仍然略顯暗淡。如何在光學(xué)的角度為木材賦予更多的魅力，是包括科學(xué)家， 建筑師，設(shè)計師等等很多人群共同的目標(biāo)，而透明木頭就是其中一個有趣的課題。
材料科學(xué)界有一句亙古不變的箴言，結(jié)構(gòu)決定性能。木頭之所以具有上述這些性能特點，根本原因都是木頭獨特的顯微結(jié)構(gòu)決定的。木頭有兩個最大的結(jié)構(gòu)特點：首先，木頭是典型的各向異性材料，沿著木材成長的方向是管狀纖維結(jié)構(gòu)，包括各種導(dǎo)管和篩管，而垂直切開時，則可以看到常見的年輪結(jié)構(gòu)；另一方面，木頭也是天然的復(fù)合材料體系，主要由木質(zhì)素基體和纖維素纖維組成，木質(zhì)素基體抗壓，纖維素纖維抗拉，導(dǎo)致木材具有十分均衡的力學(xué)性能。然而，從光學(xué)的角度上看，雖然纖維素纖維是透明的，但木質(zhì)素含有色素，具有較深的顏色，因此木頭作為一個整體仍然是不透明的。
那么如何才能將黃褐色的木頭變成透明的呢?這里我們首先了解一下透明材料的本質(zhì)。可見光透過物質(zhì)進(jìn)入我們的眼睛，就是所謂的透明。然而光和真實材料之間存在很多的相互作用，包括反射，吸收和散射。任何物質(zhì)的表面都會反射一定比例的光，有些材料會吸收特定顏色的光，從而呈現(xiàn)出光譜中的補色，均衡吸收所有顏色光的物質(zhì)則會表現(xiàn)為白色。而當(dāng)材料在微觀尺度上存在界面時，光在界面處會發(fā)生散射。只有當(dāng)光與材料的反射，吸收和散射都不明顯時，材料才會表現(xiàn)為透明。例如，普通玻璃是透明的，但特殊工藝制備的黑色玻璃會吸收可見光變得不再透明，含有大量裂紋的破碎玻璃在裂紋處存在光的散射，也會呈現(xiàn)出白色。
因此，為了獲得透明木材，首先要除去木頭本身的顏色，即消除光的吸收?？茖W(xué)家們從造紙行業(yè)獲得了最初的靈感。眾所周知，造紙行業(yè)本身就是將木材（或者類似的草本植物）粉碎溶于化學(xué)藥品之中，采用特定的方法將帶有顏色的木質(zhì)素部分洗去，再將獲得的纖維素纖維部分制成最終的紙張產(chǎn)品?？茖W(xué)家采用氫氧化鈉，亞硫酸鈉和雙氧水對木頭進(jìn)行了一系列處理，不但成功除去了含有色素的木質(zhì)素，同時保留了木頭各向異性本身的纖維結(jié)構(gòu)，但此時木頭表現(xiàn)為白色而非透明，因為其中的孔隙和界面伴隨著強烈的光的散射。
為了進(jìn)一步消除光的散射，科學(xué)家將除去木質(zhì)素之后的“空心木頭”浸泡在與纖維素纖維本身具有相同折射率的環(huán)氧樹脂溶液中，利用與樹干傳輸水和養(yǎng)分相似的原理，環(huán)氧樹脂被自發(fā)的吸收進(jìn)入木頭，替代木質(zhì)素填充了其中纖維素之間的孔隙，最終變成樹脂填滿的“人造木頭”。當(dāng)光再次照射進(jìn)入木頭的時候，由于環(huán)氧樹脂和纖維素與光的相互作用十分接近，光在而這界面處不再具有強烈的散射作用，因此表現(xiàn)出了很好的透明度。需要指出的是，透明木頭基本保留了木頭的結(jié)構(gòu)，也就保留了木頭本身的很多特性。不僅如此，環(huán)氧樹脂的力學(xué)性能優(yōu)于木質(zhì)素，人造透明木頭的力學(xué)性能也比天然木頭得到了一定程度的提升。此外，在隔熱保溫和耐腐蝕方面，透明木頭也會有不錯的表現(xiàn)。
或許在不久的將來，透明木頭有望取代玻璃做成房屋窗戶，或者做成各種美觀靚麗的家具和器皿，進(jìn)入千家萬戶，不但不易破損，經(jīng)久耐用，而且完全環(huán)境友好?？上攵?，這將對木材行業(yè)甚，至是人類社會的資源利用和循環(huán)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的意義，讓我們拭目以待吧!
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