馬里蘭大學的胡良兵教授團隊開發了一種高清晰度、可生物降解的透明木材，可用於綠色節能窗戶。
當今社會，調節建築物溫度消耗了大量的能源。在寒冷的天氣中，四分之一的調節用能耗是通過傳統玻璃窗消耗的。
透明複合材料的開發可以提供更高的能源效率的窗戶材料。透明木材在熱和光管理方面表現出理想的性能，是很有前景的建築材料，近幾年受到研究人員的廣泛關注。
近期，馬里蘭大學的胡良兵教授團隊結合他們之前在木材研究方面取得的豐碩成果，製備出了一種性能更好的最新透明木材，可以被用作節能的窗戶材料。該成果以「A Clear, Strong, and Thermally Insulated Transparent Wood for Energy Efficient Windows」為題，發表在期刊Adv. Funct. Mater.上。
透明木材的製備示意圖及其優異性能
首先，他們採用次氯酸鈉（NaClO）漂白工藝來完全去除木質素和大部分半纖維素，從而生產出直徑小於可見光波長的納米級纖維素纖維。再將聚乙烯醇（PVA）滲透到多孔纖維素支架中，形成緻密結構。
優點
（1）高透光率（91%），與玻璃相當；
（2）清晰度高、霧度很低（15%）；
（3）高韌性，比標準玻璃高出3個數量級；
（4）導熱係數低，比玻璃低5倍以上；
（5）可持續的材料，具有低的碳排放和結垢能力。
透明木材的微觀結構
a）3D中孔木材的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像；b-c）天然木材和脫木質的俯視SEM圖像；d）具有高透射率和低霧度透明木材的照片；e-f）聚合物捲起的透明木材的SEM圖像；g）微型通道壁的放大圖，其中可以觀察到對齊的納米纖維素纖維。
透明木材的光學和機械性能
a）交叉偏振器之間的各向異性透明木材的示意圖；b）樣品的極化效應；c）標準化的x和y方向的散射光強度分布；d）對比純聚合物（PVA）和透明木材的光學性能；e）透明木材以及通過不同工藝和木材種類製備的其他透明木材的光度與透射率的關係；f）天然木材（NW）和透明木材（TW）在徑向和軸向上的實驗應力-應變曲線；g-h）天然木材、環氧透明木材、玻璃和PVA透明木材之間的強度和韌性比較。
對比透明木材與玻璃的隔熱性能
a）單窗格透明木材的透光率和反射率；b）基於兩層透明木材的雙層玻璃系統的中心U係數和太陽熱增益係數與不同空氣厚度的關係；c）基於Energy Plus 8.2.0中的簡單窗口模型；d）美國DOE基準以上的美國大陸的加熱節能模式。
在DOE基準上的雙窗格透明木質窗戶的節能模型
a）單窗格透明木材的透光率和反射率；b）基於兩層透明木材的雙層玻璃系統的中心U係數和太陽熱增益係數與不同空氣厚度的關係；c）基於Energy Plus 8.2.0中的簡單窗口模型；d）美國DOE基準以上的美國大陸的加熱節能模式。
綜上所述，該團隊開發了一種高清晰度、可生物降解的透明木材。其可以組裝成具有各種優異性能的可伸縮材料，從而使這種可持續的材料非常有希望被用作一種透明的節能建築材料。這種透明木材同時具有低霧度（15％）和高透射率（91％）的優異性能。同時，該透明木材表現出高的機械性能和低質量密度，進一步降低了玻璃窗的相關安全風險。此外，其具有良好的耐熱性和較低的熱導率，從而提高了能源效率。
總之，這種可伸縮、高清晰度、堅固且隔熱的透明木材非常有助於開發具有許多環境和經濟利益的節能建築材料。
參考文獻
Mi, R., et al., A Clear, Strong, and Thermally Insulated Transparent Wood for Energy Efficient Windows. Advanced Functional Materials, 2019.