js金沙官网登入 ,近日美国马里兰大学的研究人员研发出了一种全新的木材,去除木材的材质让其呈现出透明状态,可以代替玻璃成为建窗户时的全新材料!

与现代建筑相比,木材似乎更适合居住在小木屋里,但一种经过特殊处理的木材可能会成为未来流行的建筑材料。今天,科学家们报道了一种新型透明木材,它不仅能传输光,还能吸收和释放热量,潜在地节省了能源成本。这种材料可以承受很重的负荷,而且是可生物降解的,为最终在环保住宅和其他建筑中使用打开了大门。研究人员在2019年4月3日春季美国化学学会全国会议暨博览会上展示了其研究结果。

要想制造透明木材,研究人员首先需要通过化学手段去除木材中的木质素。木质素是植物体内的结构聚合物,可以在细胞壁中找到,它可以阻挡80%到95%的光穿透植物。清除木质素后将令木材变成白色,添加环氧树脂后,光线就可穿透木材。

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首先,研究人员把一段木头放进处于沸腾状态的含有水、氢氧化钠和其他化学物质的化学剂中浸泡两个小时,这个过程可以将木质素从木头的细胞壁中溶出。木质素是非常复杂的天然聚合物,在木质组织中起抗压作用,通过形成交织网来硬化细胞壁。

博科园:在会上介绍这项研究的博士生塞琳·蒙塔纳里(Celine
Montanari)说:早在2016年就展示了透明木材与玻璃相比具有良好的隔热性能,并具有很高的光学透射率,在这项研究工作中,我们试图通过加入一种可以吸收、储存和释放热量的材料来降低建筑能耗。随着世界经济的发展,能源消耗也在迅速增长。这些能源大部分用于照明、取暖和冷却房屋、办公室和其他建筑物。玻璃窗户可以传输光线,帮助照亮和加热房屋,但它们不储存能量,当太阳下山时使用。三年前,瑞典斯德哥尔摩KTH皇家理工学院的首席研究员Lars
Berglund博士及其同事在ACS《生物大分子》期刊上报道了一种光学透明木材。

js金沙官网登入见过透明的木头没?透明木材能储存和释放热量!。而且,木质素的另一个重要的化学性质就是显色反应,通过内含的特殊基团使木材产生颜色。换句话说,该物质一旦脱离木材,木材立刻转而变白。

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js金沙官网登入见过透明的木头没?透明木材能储存和释放热量!。js金沙官网登入见过透明的木头没?透明木材能储存和释放热量!。js金沙官网登入见过透明的木头没?透明木材能储存和释放热量!。这种技术不仅可被用于制作透明材料,其强度也相当于有机玻璃的两倍。研究人员称:“当木材变得透明、强度翻倍后,可以被用于制造汽车,还可以利用其充当独特的建筑材料。”此外,这种透明木材还可以帮助太阳能电池捕捉光线,光线可以轻松进入透明部分,随后被太阳能电池板吸收。

一种新透明木材在释放储存的热量后变得更加混浊。图片:American Chemical
Society

js金沙官网登入见过透明的木头没?透明木材能储存和释放热量!。今年年初,斯德哥尔摩的KTH皇家理工学院的研究人员也展示了类似透明木材材料,它们可能改变建造建筑物和太阳能电池板的方式。新材料非常适合大规模生产,是一种低成本可再生资源。若被用于建筑,透明木质材料可能改善室内采光效率,允许自然光穿透墙壁,这将节省人造光的成本。此外,它甚至可被用于制造太阳能电池窗户。

js金沙官网登入见过透明的木头没?透明木材能储存和释放热量!。js金沙官网登入见过透明的木头没?透明木材能储存和释放热量!。研究人员从巴尔杉木的细胞壁中去除一种叫做木质素的吸收光成分,制成了这种材料。为了减少光散射,在多孔的木质支架中加入丙烯酸。团队可以看到材料的内部,但是如果作为主要的建筑材料,它的朦胧性足以提供隐私。透明木材还具有良好的力学性能,能够承受较大的载荷。在此基础上,蒙塔纳里和伯格伦德在去木质化的木材中添加了一种叫做聚乙二醇的聚合物。蒙塔纳里说:选择聚乙二醇是因为它能够储存热量,但也因为它对木材的高亲和力,在斯德哥尔摩,有一艘非常古老的船叫‘瓦萨号’,科学家们用木栓来固定木头,所以我们知道PEG可以深入到木细胞中。

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PEG被称为“相变材料”,是一种固体,在80华氏度的温度下融化,在这个过程中储存能量。熔炼温度可以通过使用不同类型的挂钩来调节。蒙塔纳里解释说:在阳光明媚的日子里,这种材料在到达室内空间之前就会吸收热量,室内会比室外凉爽。而在晚上,相反的情况发生了——PEG变成固体,在室内释放热量,这样就可以在室内保持恒定温度。研究小组将聚乙二醇封装在脱木质支架内,以防止聚合物在相变过程中泄漏。还在材料中加入了丙烯酸,以防止潮湿。和早期的版本一样,改良后的木材是透明的,虽然有点朦胧,但很坚固,但还有额外的储热功能。

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研究人员指出,与塑料、混凝土和玻璃等其他建筑材料相比,透明木材具有更环保的潜力。除了它的储热能力,透明木材在达到目的后更容易处理。PEG和木材都是基于生物和生物降解,唯一不能生物降解的部分是丙烯酸,但它可以被另一种生物聚合物取代。现在,重点转向扩大生产过程,使其在工业上可行。研究人员估计,透明木材可能在短短5年内用于室内设计的小众应用,研究人员还试图增加这种材料的存储能力,使其更加节能。

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博科园-科学科普|研究/来自: 美国化学学会

参考期刊文献:《Biomacromolecules》

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