透明木材兼具玻璃的高透光性（>70%）和木材的低密度、低導(dǎo)熱率、無(wú)毒、生物可降解等性能，經(jīng)改性后，還可賦予其柔性、儲(chǔ)能性、阻燃性，在建筑材料、電子器件、阻燃、儲(chǔ)能材料等方面具有巨大的應(yīng)用前景。

本文從透明木材合成機(jī)理、制備方案、功能化改良，及其在建筑材料、阻燃材料、柔性材料等領(lǐng)域的應(yīng)用，對(duì)近年來(lái)透明木材的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了全面的歸納和分析。

01 透明木材合成機(jī)理

天然木材在可見光范圍內(nèi)不透明，原因是木材中含有吸光成分，如木質(zhì)素、單寧、葉綠素[7]等，且由于木材內(nèi)部含有多孔結(jié)構(gòu)，光穿過木材時(shí)，折射率為1.56的細(xì)胞壁和折射率為1的空氣不匹配，光在木材內(nèi)部發(fā)生強(qiáng)烈散射。因此，為了制備透明木材，首要條件就是除去上述吸光成分，再填充折射率匹配的聚合物，減少折射差。

如下圖所示，以木材細(xì)胞壁為例，細(xì)胞壁與空氣折射率不匹配，光線穿過時(shí)，大部分光發(fā)生散射或被吸收，那么木材就是不透明的。當(dāng)填充聚合物折射率約等于細(xì)胞壁折射率，光穿過該木基復(fù)合材料時(shí)，部分發(fā)生散射，而大部分光發(fā)生透射，那么該木基復(fù)合材料就是透明的。

02 透明木材制備工藝

透明木材的制備工藝多采用兩步法，制備工藝時(shí)間較長(zhǎng)，且所用化學(xué)試劑對(duì)環(huán)境有害，無(wú)法快速、大尺寸、工業(yè)化生產(chǎn)透明木材。本文從樹種選擇、脫木素工藝、聚合物填充等方面比較了制備工藝的差異。

（1）樹種

樹種的選擇會(huì)影響透明木材光學(xué)特性，首選密度低、孔隙率高的樹種，如巴沙木制備得到的透明木材，透光率最高可以達(dá)到91%；而山毛櫸、橡膠等木材制備的透明木材其透光率略低。主要由以下原因?qū)е拢孩偃コ举|(zhì)素的過程中，低密度木材的木質(zhì)素或發(fā)色團(tuán)更易去除，也更易去除微孔道中的雜質(zhì)。②低密度高孔隙率樹種在聚合物填充過程中，聚合物方便進(jìn)入。聚合物進(jìn)入孔道中越多，界面縫隙越小，折射率之差越小，透光率越高。目前，制備透明木材較為常見的樹種有巴沙木、椴木、楊木、杉木等。

（2）脫木素工藝

木質(zhì)素是木材中主要的吸光成分，天然木材經(jīng)去木質(zhì)素或改性發(fā)色基團(tuán)后，得到漂白木材，是制備透明木材的第一步。脫木質(zhì)素工藝主要有氫氧化鈉/亞硫酸鈉工藝、亞氯酸鈉工藝等。上述兩種工藝在制備過程中需要大量的化學(xué)試劑，且制備時(shí)間過長(zhǎng)，不利于實(shí)際生產(chǎn)。

（3）聚合物填充工藝

填充與纖維素折射率相近的聚合物，是制備透明木材的關(guān)鍵。聚合物折射率與纖維素折射率差值越小，散射越少，木材越透明。光學(xué)透明和機(jī)械性能良好的PMMA和環(huán)氧樹脂是較為常見的聚合物，但是PMMA制備過程中，會(huì)釋放大量刺激性氣體，對(duì)人體有害。

03 透明木材的應(yīng)用

（1）建筑用透明木材

透明木材具有優(yōu)異的透光率和機(jī)械性能、出色的導(dǎo)熱率和防眩光特性可以高效的利用陽(yáng)光。同時(shí)，木材內(nèi)部垂直排列的導(dǎo)管結(jié)構(gòu)，可以引導(dǎo)照射進(jìn)室內(nèi)的陽(yáng)光，讓室內(nèi)光照更均勻。

建筑用透明木材具有顯著的調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度的能力，在未來(lái)建筑應(yīng)用中可以很好地根據(jù)外界溫度調(diào)節(jié)室內(nèi)光照度，在室內(nèi)溫度過高時(shí)，減少光進(jìn)入量；在室內(nèi)溫度過低時(shí)，增加光進(jìn)入量，保證室內(nèi)處在一個(gè)溫暖舒適的環(huán)境。

（2）阻燃用透明木材

阻燃性是判斷透明木材性能的指標(biāo)之一，優(yōu)異的阻燃性可以提高透明木材的使用范圍和使用壽命。阻燃用透明木材具有良好的熱穩(wěn)定性和阻燃特性，以及低煙霧釋放量，在建筑應(yīng)用中展現(xiàn)出高水平的防火安全性，保護(hù)了居民人身安全。未來(lái)阻燃透明木材有望成為建筑環(huán)境中理想的防火隔熱材料。

（3）柔性透明木材

柔性透明木材具有良好的拉伸性和拉伸回彈性，優(yōu)異的柔韌性和抗彎曲特性豐富了透明木材的使用場(chǎng)景，為天然木材在電子皮膚傳感器、壓力傳感器、可穿戴電子設(shè)備等方面應(yīng)用提供了可能。

（4）儲(chǔ)能透明木材

具有儲(chǔ)能功能的透明木材可以有效利用陽(yáng)光，節(jié)約能源，對(duì)日益嚴(yán)重的環(huán)境問題具有重要意義。儲(chǔ)能透明木材離開發(fā)具有經(jīng)濟(jì)效益的節(jié)能建筑材料更近了一步。全球正在努力研發(fā)減少能源消耗和二氧化碳排放的技術(shù)，優(yōu)異的儲(chǔ)熱能力可以降低能源浪費(fèi)，減少碳排放。

未來(lái)應(yīng)繼續(xù)探索快速、綠色、工業(yè)化工藝生產(chǎn)透明木材，同時(shí)提高透明木材的柔韌性和可降解性。