木头变玻璃

大科技奇妙杂志 2024-11-16 01:46:38

树木是一种古老的材料,被人类广泛用于建造住房、船舶和作为燃料。它也是一种可再生资源,能捕获和固定大气中的二氧化碳。

木头虽然能用于建造一整座房子,但制作窗户我们一般用玻璃,因为它是透明的。但玻璃的隔热性能并不好,这就是北方的窗户需要安装双层玻璃的原因。另一方面,木头的隔热性能倒是远优于玻璃,可惜的是,它不透明。

透明的木头将是玻璃的良好替代品。近年来,材料科学家一直在试验让木头透明。

木头的不透明来源于它的两个主要成分——纤维素和木质素。木质素吸收光线,在光的作用下,木质素中一种叫“载色体”的化学物质会被激活,从而使木头看起来是棕色的。木头中的纤维素是空心管状的结构。这些空心管中的空气会散射光,进一步降低木头的透明度。

过去一些年,已经有人在生产透明木头,其标准工艺包括将木头浸泡在亚氯酸钠(一种用于某些漂白剂的化合物)中,以去除木质素。但这不仅极大地降低了木头的韧性,而且产生的液体废物对环境有害。

美国马里兰大学的研究人员最近想出一种方法,他们不是完全去除木质素,而是改变其光学性能。这样生产的木头不单透明,而且不会降低木头的韧性,同时在制造过程中产生的废物很少,对环境的污染也大大减少。

研究人员的灵感源于一项发现,即木质素可以通过改变载色体分子而变得透明。他们使用过氧化氢(一种常用于漂白的化工用品)改变载色体的结构,使其不再起吸收光线的作用。

他们将过氧化氢刷在木头表面,然后将其置于紫外线灯下。经这样处理后,木头变成一种明亮的白色材料。这个结果对于我们其实并不陌生,因为造纸的木浆经过氧化氢漂白后,也会变白色——这是纸张呈亮白色的原因之一。不过,纸张之所以显白色,不是因为构成它的材料本身是白色的,而是因为其结构中充满孔隙,孔隙散射光,使其看起来呈白色。

像纸张一样,经过氧化氢处理后的木头中也充满了孔隙。为了减少孔隙中空气对光的散射,再用透明的环氧树脂填充这些孔隙,这样,大部分光线就直接穿过孔隙(因为散射率跟孔隙中填充的介质有关),不再散射回来,从而让木头看起来透明,同时保留其原有的韧性。

通过这种办法最终生产出来的透明木头,允许90%以上的光线通过,并且比所有木质素去除后的木头强度高50倍以上。

这种材料比玻璃更轻、更坚固,隔热性更好,可用于制造窗户和屋顶,甚至建造整座可透视的房屋。未来的某一天,你或许会坐在有着透明木头窗户的建筑物中办公。

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