主题：【讨论】有搞建材的吗？透明木材前途如何？ -- 钛坪樽逾

昨天看到一则新闻，有人改进了透明木材的制作方法，使这种新型材料有望得到推广。我这是第一次听说透明木材，就在网上找了找。原来人们已经研究了几十年，而且最近几年陆续搞出了不少的方法。这则新闻的重点在于，最新的这个方法更加环保、工艺更简单。

我出于兴趣，找到了研究人员发表的论文Science Advances, 2021-01-27: Solar-assisted fabrication of large-scale, patternable transparent wood。

材料、物理和化学都不是我的本行，好在这个方法确实简单，借助网络查找，还能大致读懂。下面就简单介绍一下，希望能给相关行业和人员起个穿针引线的作用。

这个新方法是马里兰大学的材料科学与工程系的一个团队搞出来的。

试验用到的关键原材料和设备：

一、轻木，（balsa wood）这好像是美洲特有的树种，密度比较小。论文里提到过一句，说这种方法应该也适用于密度不同的其他木材比如橡树、杨树。

二、浓度百分之三十的双氧水。

三、氢氧化钠。

四、紫外灯，发射波长 380nm 至 395nm。

五、环氧树脂。

试验所采用的制作过程大致如下：

一，成型。木料切割成薄片（厚度从 0.6 到 3.3 毫米不等）。

二，脱色处理。木片表面沾上（coated on）少量的低浓度（10%）氢氧化钠溶液（注：原文说这是为了以提高下一步刷双氧水的氧化效果）。把双氧水刷在木片上（注：原文没说刷到什么程度，但是结合上下文，应该是刷两面，要“刷透”）。用紫外灯照射木片直到彻底变白。木料这时呈现白色是因为脱色后，木质纤维缝隙中含有的水分反射、折射光线所致。

三，透明化处理。把变白的木片在乙醇中浸泡 5 小时，以脱除水分以及残留的“化学物质”，然后把木片转移到甲苯（toluene）中，置换出乙醇（注：原文没说在甲苯中泡多久）。最后，采用“真空滲透法”（vacuum infiltration），让木片在环氧树脂中浸渍一个半小时，在室温下固化，得到成品。

研究分析表明，这种方法制作出来的透明木材，在可见光区（400nm 到 800nm之间）的透射率约 90%，透射雾度（transmittance haze） 在 60% 到 80% 左右。我感觉差不多相当于一块毛玻璃吧。

相比未处理过的天然木材，这种透明木材的机械性能有很大提高。沿着木质纤维方向，抗拉强度（tensile strength）是天然木材的 1.8 倍，韧性（toughness）是 3.6 倍。在与纤维垂直方向，抗拉强度是天然木材的 44.8 倍，韧性是 54.6 倍。其实，这样的透明木材可以说是一种“纤维增强塑料”了，就像常见的玻璃钢。

使用以前的方法，要达到脱色效果，天然木料需要在添加了乙酸的 5% 次氯酸钠（NaClO2）热溶液中浸泡 8 小时。次氯酸钠溶液在脱色的同时，也脱除了木材里的木质素。木料中剩下的木质纤维易碎、易散，不利于后续工艺。使用次氯酸盐热溶液，不仅耗能、费时，还要处理大量废液。

新方法的脱色步骤，仅仅分解了木质素里的色组分，基本保留了木质素，保持了木料的形状和机械强度，有利于后续工艺。试验中还证实了紫外光源可以由自然光（日光）替代，可以进一步降低制作成本。

这是试验中用新方法制作的透明薄木片：

新方法的工艺有一个独特的优点，可以好像蘸墨水写字作画一般，用双氧水在天然木料上刷出图案，再做脱色处理。

这是试验中制作的带图案的成品：

有意思的是，这篇论文的七个署名作者，看名字全是华人。这个团队似乎对各种改性木材很上心，凤凰网在一八年曾报道过他们搞出的拥有钢材一般强度的“超级木”，那其中的一位研究者也在这篇“透明木”论文上署名了。

在网上用“透明木材”可以找出不少相关报道，但要注意是介绍的旧方法还是新方法。区别在于脱色步骤，新方法使用双氧水涂刷加紫外光照。

作为参考，知乎上有一篇对旧方法的简单介绍。

最后，我有几点疑问，没能在论文中找到答案：

一，试验中的木料样品都很薄，最厚的仅 3.3 毫米，这种方法能不能用于更厚，比如说，厚至 50 毫米的材料？如果能，工艺上要如何改变，比如说，怎样才能保证双氧水浸透厚木料，改涂刷为浸泡？

二，这样制作出来的材料加工性能如何？天然木材的加工性能优异，锯、削、刨、磨都可以。我感觉透明木材应该可锯、可削，但是刨、磨呢？

三、是否可以只对木料的表面（比如说最多约 1 毫米深）做脱色和环氧树脂浸渍，形成某种“表面增强木材”？的这层环氧树脂除了能增强材料的表面机械性能外，还能防潮、隔热，能上漆。这样的表面增强处理，成本大概增加不多，却可以扩大木材的使用范围，并大幅提高木料的使用寿命。