木頭變玻璃

呂之品

樹木是一種古老的材料，被人類廣泛用于建造住房、船舶和作為燃料。它也是一種可再生資源，能捕獲和固定大氣中的二氧化碳。

木頭雖然能用于建造一整座房子，但制作窗戶我們一般用玻璃，因為它是透明的。但玻璃的隔熱性能并不好，這就是北方的窗戶需要安裝雙層玻璃的原因。另一方面，木頭的隔熱性能倒是遠(yuǎn)優(yōu)于玻璃，可惜的是，它不透明。

透明的木頭將是玻璃的良好替代品。近年來，材料科學(xué)家一直在試驗讓木頭透明。

木頭的不透明來源于它的兩個主要成分——纖維素和木質(zhì)素。木質(zhì)素吸收光線，在光的作用下，木質(zhì)素中一種叫“載色體”的化學(xué)物質(zhì)會被激活，從而使木頭看起來是棕色的。木頭中的纖維素是空心管狀的結(jié)構(gòu)。這些空心管中的空氣會散射光，進(jìn)一步降低木頭的透明度。

過去一些年，已經(jīng)有人在生產(chǎn)透明木頭，其標(biāo)準(zhǔn)工藝包括將木頭浸泡在亞氯酸鈉（一種用于某些漂白劑的化合物）中，以去除木質(zhì)素。但這不僅極大地降低了木頭的韌性，而且產(chǎn)生的液體廢物對環(huán)境有害。

美國馬里蘭大學(xué)的研究人員最近想出一種方法，他們不是完全去除木質(zhì)素，而是改變其光學(xué)性能。這樣生產(chǎn)的木頭不單透明，而且不會降低木頭的韌性，同時在制造過程中產(chǎn)生的廢物很少，對環(huán)境的污染也大大減少。

研究人員的靈感源于一項發(fā)現(xiàn)，即木質(zhì)素可以通過改變載色體分子而變得透明。他們使用過氧化氫（一種常用于漂白的化工用品）改變載色體的結(jié)構(gòu)，使其不再起吸收光線的作用。

由橡樹（左）和楊樹（右）木材制成的透明木頭

他們將過氧化氫刷在木頭表面，然后將其置于紫外線燈下。經(jīng)這樣處理后，木頭變成一種明亮的白色材料。這個結(jié)果對于我們其實并不陌生，因為造紙的木漿經(jīng)過氧化氫漂白后，也會變白色——這是紙張呈亮白色的原因之一。不過，紙張之所以顯白色，不是因為構(gòu)成它的材料本身是白色的，而是因為其結(jié)構(gòu)中充滿孔隙，孔隙散射光，使其看起來呈白色。

像紙張一樣，經(jīng)過氧化氫處理后的木頭中也充滿了孔隙。為了減少孔隙中空氣對光的散射，再用透明的環(huán)氧樹脂填充這些孔隙，這樣，大部分光線就直接穿過孔隙（因為散射率跟孔隙中填充的介質(zhì)有關(guān)），不再散射回來，從而讓木頭看起來透明，同時保留其原有的韌性。

通過這種辦法最終生產(chǎn)出來的透明木頭，允許90%以上的光線通過，并且比所有木質(zhì)素去除后的木頭強(qiáng)度高50倍以上。

這種材料比玻璃更輕、更堅固，隔熱性更好，可用于制造窗戶和屋頂，甚至建造整座可透視的房屋。未來的某一天，你或許會坐在有著透明木頭窗戶的建筑物中辦公。