竹材是一種常見(jiàn)的生物質(zhì)材料，具有可持續(xù)性、生長(zhǎng)速度快、資源豐富等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于家具及家居裝飾用材領(lǐng)域。但是，你見(jiàn)過(guò)透明的竹材嗎？它不僅透明還可以隔熱、保溫、屏蔽電磁，這樣神奇的材料是怎么制成的呢？

近日，南京林業(yè)大學(xué)家居與工業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)院綠色家居材料制造團(tuán)隊(duì)吳燕教授領(lǐng)銜的課題組，通過(guò)一種簡(jiǎn)單高效的處理方式，將其轉(zhuǎn)化為具有良好光學(xué)性能的纖維素復(fù)合材料，同時(shí)還保留了原竹天然形狀和纖維素骨架結(jié)構(gòu)。該研究成果發(fā)表于國(guó)際期刊《Nano-Micro Letters》。

竹子成為新材料資源寶庫(kù)

我國(guó)有竹林地面積701萬(wàn)公頃，是世界上竹資源最豐富的國(guó)家，竹類資源、面積、蓄積量均居世界第一。截至目前，中國(guó)有竹類植物39屬857種，占世界竹子種類1642種的52%。

竹子具有可再生、吸收二氧化碳、產(chǎn)品無(wú)污染、可降解等優(yōu)點(diǎn)，且竹材用途廣泛，可實(shí)現(xiàn)全竹利用，幾乎無(wú)廢料。從刀叉勺杯盤等餐具到家居日用、汽車內(nèi)飾、電子產(chǎn)品外殼，甚至工業(yè)領(lǐng)域的冷卻塔竹格填料，竹產(chǎn)品正在逐步進(jìn)入人們的生活。

通過(guò)科技創(chuàng)新將竹資源利用最大化，竹子逐漸作為木材、塑料、鋼筋等材料替代品開(kāi)發(fā)利用，形成了重組竹、竹編工藝品、竹纖維制品、竹碳制品等100多個(gè)系列上萬(wàn)個(gè)品種，竹加工品已經(jīng)覆蓋人們生產(chǎn)生活各個(gè)領(lǐng)域。中國(guó)是世界竹產(chǎn)品生產(chǎn)、貿(mào)易第一大國(guó)，2020年，全國(guó)竹產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值近3200億元。

隨著人們對(duì)家居環(huán)境個(gè)性化裝飾需求的日益增多，將木材、竹材等環(huán)保材料轉(zhuǎn)化為新型材料的研究越來(lái)越多，但是鮮有直接將原竹加工成具有理想光學(xué)性能的纖維素復(fù)合材料。

論文第一作者王晶介紹，要完成透明纖維素復(fù)合材料的制備主要分為兩個(gè)步驟，第一步是去除發(fā)色基團(tuán)，第二步是浸漬折射率與纖維素模板相同的聚合物。

由于竹材的孔隙率較低，竹材去除木質(zhì)素和浸漬聚合物的時(shí)間比巴沙木、楊木等密度較小的木材要長(zhǎng)，因此制備具有一定厚度的透明竹是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。

團(tuán)隊(duì)選取5年生毛竹為原材料，將去青后的原竹浸泡在過(guò)氧化氫和乙酸混合溶液中，木質(zhì)素與過(guò)氧乙酸反應(yīng)生成反式二羥基化加成產(chǎn)物；再利用簡(jiǎn)單的化學(xué)預(yù)處理脫除原竹中的木質(zhì)素，它的去除意味著“黏合劑”（連接纖維素和半纖維素）的消失，導(dǎo)致更多孔隙的出現(xiàn)，有利于折射率指數(shù)與竹纖維素模板相匹配的樹(shù)脂填充。

最后，經(jīng)過(guò)快速固化工藝，一款具有優(yōu)異光學(xué)傳輸性能、抗拉伸性能、表面裝飾性和美學(xué)價(jià)值的透光竹材新材料便應(yīng)運(yùn)而生。

與其他不同聚合物浸漬方法制備的生物質(zhì)透明樣品相比，透光原竹固化時(shí)間非常短，因此顯示出了顯著的快速制備加工的潛力。

透明竹變身電磁屏蔽材料

隨著無(wú)線通信技術(shù)和電氣設(shè)備的快速發(fā)展增加了人們生活的便利，但電磁干擾和輻射、電磁泄漏等問(wèn)題也隨之增加。日益惡化的電磁環(huán)境不僅危害著人們的健康，而且干擾著各類電子設(shè)備的正常運(yùn)行。

因此，研究用于建筑和家庭的電磁屏蔽材料是非常必要的。

吳燕教授表示，將原竹直接加工成纖維素復(fù)合材料，不僅減少了機(jī)械預(yù)處理步驟中的大量能耗，而且保留原竹完整的纖維素骨架結(jié)構(gòu)。在這項(xiàng)研究中，他們利用原竹自身的形態(tài)直接成型加工，不僅拓展了生物質(zhì)光學(xué)透明材料的利用，而且在造型上更加多樣。

據(jù)介紹，透明竹新材料的壁厚可達(dá)6.23毫米，透光率約60%，照度為1000勒克斯，吸水質(zhì)量變化率小于4%，縱向抗拉強(qiáng)度達(dá)到46.40兆帕，表面性能為80.2HD（布氏硬度計(jì)測(cè)試出來(lái)的硬度單位）。

團(tuán)隊(duì)成員將透光原竹與透明竹片、電磁屏蔽膜組成一款復(fù)合器件，“整體結(jié)構(gòu)類似于常見(jiàn)的蜂窩板”，吳燕介紹，其中，透光原竹充當(dāng)核心骨架、透明竹片為面板、錫摻雜氧化銦薄膜為功能層。

吳燕團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，這款復(fù)合器件可表現(xiàn)出顯著的隔熱、保溫性能以及電磁屏蔽性能，在家居與建筑裝飾材料領(lǐng)域具有廣闊前景。

“此類將原竹直接加工成纖維素模板再合成透光材料的方法，將大大減少前期原料機(jī)械加工和后期原料成型的步驟，不僅減少了能耗，也減少對(duì)石化資源的浪費(fèi)。”吳燕說(shuō)。同時(shí)，這個(gè)方法還可以擴(kuò)展至處理其他高密度、低孔隙率的生物質(zhì)材料中。