如今，為減輕能源消耗和環(huán)境污染，開發(fā)綠色節(jié)能材料迫在眉睫。由于木材具有含量豐富、可再生、成本低等優(yōu)勢，木材及其衍生物被視為一種優(yōu)異的綠色節(jié)能建筑材料。最新開發(fā)的透明木質復合材料具有重量輕、透光率高、導熱系數低和機械強度好等優(yōu)點。同時，還可以有效的收集陽光，有助于節(jié)能和舒適的室內照明。
然而，制造透明木質復合材料的方法一般都是去除大部分吸光材料（木質素和提取物）或色素成分，木質素只保留約80％。利用密集的化學處理嚴重破壞木材的原始結構，以確保有效的聚合物滲透。此外，之前的研究通常集中在光學、機械和熱學性質的形態(tài)和各向異性上，很少討論交替的結構、木材原始的年生長模式的自然美感以及通過有效過程進行可擴展的制造。
近日，美國馬里蘭大學的胡良兵教授（通訊作者）團隊報道了一種新型的可擴展的美學透明木材（美學木材）。該美學木材基于空間和環(huán)氧樹脂滲透選擇性去木質素的過程，具有綜合的美學特征（完整的木材圖案等）、出色的光學性能（平均透射率約為80％，除霧度約為93％）、良好的紫外線屏蔽能力和低導熱性（0.24 W m-1K-1）。此外，該美學木材的快速制造工藝和機械強度（高的縱向拉伸強度為91.95 MPa、韌性為2.73 MJ m-3）促進了良好的擴展能力（320 mm×170 mm×0.6 mm），同時節(jié)省了大量時間和能量。因此，該美學木材在節(jié)能建筑材料（玻璃天花板、屋頂、透明裝飾和室內面板等）應用中具有巨大潛力。
制造方法
基于天然木材的周期性和各向異性，作者展示了兩種不同的類型：
（1）具有垂直于木材平面對齊的微通道類型（美學木材-R）；
（2）具有與木材平面平行的通道類型（美學木材-L）。
美學木材不僅有木材的原始美學，而且還有良好的光學和機械性能。通過橫截面切割天然木材獲得的美學木材-R，由于早材（EW）和晚材（LW）之間存在明顯的微觀結構差異，因此年輪可見。在空間選擇性除去木質素后，EW區(qū)幾乎變成了白色，而LW區(qū)保留了部分木質素。在將折射率匹配的聚合物/環(huán)氧樹脂填充到木材骨架中，制備美學木材。制造的美學木材-R不僅保留了木紋，而且具有很高的平均透明度（在600 nm處為80％）。
形態(tài)和化學特征
軟木材通常依靠氣管運輸水，如松樹和花旗松?；ㄆ焖傻闹锌捉Y構如圖2a所示，其EW（1.4?2.6 μm）比LW（5?10 μm）更多孔、細胞壁也更薄。作者利用酸性NaClO2方法的脫去木質素，從散裝木材中部分除去有色成分（主要是木質素和提取物）。木材宏觀顏色的演變，表明表面存在的有色化合物被清除。處理2 h后，實現(xiàn)空間選擇性的脫去木質素：EW幾乎變成了白色，而LW保持了良好的圖案。其中，重量損失為13.5 wt％。需注意，將LW完全轉化為白色需要花費更多的時間，相應的重量損失約為?35 wt％。此外，由于EW（284.6 kg?m-3）和LW（846 kg m-3）間存在明顯的密度差，長時間處理后不能維持脫去木質素后結構的完整性，從而導致較差的機械性能。
可伸縮性和機械性能
作者用四分之一切片切割策略構建具有直紋的美學木材-L。利用該工藝使美學木材-L有出色的結構完整性，而且可以大規(guī)模生產。需注意，在不損害其美學特征和其它性能下，更厚的美學木材在建筑應用中可以提供更好的承重性能。所獲得的美學木材-L（厚度為0.6 mm）在600 nm下的總透射率為87％，除霧度為65％。在滲透后，美學木材沿木材生長方向顯示出大量對齊的致密微通道。雖然LW的內腔比EW的內腔小得多，但它們的密度都很高，同時相同的通道和孔完全充滿了聚合物（膠水作用）。拉曼光譜成像發(fā)現(xiàn)浸漬聚合物分布在木質細胞的細胞角（CC）、復合中間層（CML）、細胞壁（CW）和內腔。根據拉曼光譜，發(fā)現(xiàn)聚合物很好地滲透到木材細胞中，與木質支架中的纖維素形成了牢固的界面。
光學特性和圖案設計
作者分別在EW和LW區(qū)域選擇了8個位置，并分別測量了透射率。LW區(qū)域的透射率（平均68％）低于EW區(qū)域（平均86％），但剩余的圖案僅略微降低了美學木材在可見光區(qū)的整體平均透射率。在處理2 h后，美學木材（2 mm厚）能夠屏蔽幾乎100％的UVC（200-275 nm）和UVB（275-320 nm）光譜以及大部分UVA（320-400 nm）光譜。因此，處理后的美學木材在200-400 nm內具有良好的紫外線吸收性能，在600 nm處具有較高的平均透明度（80％），對可見光的反射率較低。此外，通過堆疊多層美學木材可以實現(xiàn)更多類型的圖案。
隔熱性能
該美學木材可以在博物館或畫廊中用作圖案天花板，以展示其美學效果，并有可能替代玻璃天花板。同時，美學木材還具有出色的隔熱性能，因此可以提高能源效率。美學木材在徑向（垂直于木材生長方向）上顯示出0.24 W m-1?K-1的導熱率，低于在軸向上的導熱率（0.41 W m-1?K-1）。此外，普通窗戶玻璃的各向同性熱導率為1 W m-1?K-1，從隔熱的角度出發(fā)，非常需要美觀的木材。因此，美學木材結合了各向異性熱傳輸與低熱導率，對于節(jié)能建筑十分有利。
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