当前速读：高透光阻电磁，“透明竹”变身新型复合材料

• 2023-01-10 22:45:29 来源：科技日报

科技日报记者 张晔 通讯员 方彦蘅 姚会春

竹材是一种常见的生物质材料，具有可持续性、生长速度快、资源丰富等优点，被广泛应用于家具及家居装饰用材领域。但是，你见过透明的竹材吗？它不仅透明还可以隔热、保温、屏蔽电磁，这样神奇的材料是怎么制成的呢？

近日，南京林业大学家居与工业设计学院绿色家居材料制造团队吴燕教授领衔的课题组，通过一种简单高效的处理方式，将其转化为具有良好光学性能的纤维素复合材料，同时还保留了原竹天然形状和纤维素骨架结构。日前，该研究成果发表于国际期刊《纳微快报》。

【资料图】

竹子成为新材料资源宝库

我国有竹林地面积701万公顷，是世界上竹资源最丰富的国家，竹类资源、面积、蓄积量均居世界第一。截至目前，中国有竹类植物39属857种，占世界竹子种类1642种的52%。

竹子具有可再生、吸收二氧化碳、产品无污染、可降解等优点，且竹材用途广泛，可实现全竹利用，几乎无废料。从刀叉勺杯盘等餐具到家居日用、汽车内饰、电子产品外壳，甚至工业领域的冷却塔竹格填料，竹产品正在逐步进入人们的生活。

通过科技创新将竹资源利用最大化，竹子逐渐作为木材、塑料、钢筋等材料替代品开发利用，形成了重组竹、竹编工艺品、竹纤维制品、竹碳制品等100多个系列上万个品种，竹加工品已经覆盖人们生产生活各个领域。中国是世界竹产品生产、贸易第一大国，2020年，全国竹产业产值近3200亿元。

随着人们对家居环境个性化装饰需求的日益增多，将木材、竹材等环保材料转化为新型材料的研究越来越多，但是鲜有直接将原竹加工成具有理想光学性能的纤维素复合材料。

论文第一作者王晶介绍，要完成透明纤维素复合材料的制备主要分为两个步骤，第一步是去除发色基团，第二步是浸渍折射率与纤维素模板相同的聚合物。

由于竹材的孔隙率较低，竹材去除木质素和浸渍聚合物的时间比巴沙木、杨木等密度较小的木材要长，因此制备具有一定厚度的透明竹是一项挑战。

团队选取5年生毛竹为原材料，将去青后的原竹浸泡在过氧化氢和乙酸混合溶液中，木质素与过氧乙酸反应生成反式二羟基化加成产物；再利用简单的化学预处理脱除原竹中的木质素，它的去除意味着“黏合剂”（连接纤维素和半纤维素）的消失，导致更多孔隙的出现，有利于折射率指数与竹纤维素模板相匹配的树脂填充。

最后，经过快速固化工艺，一款具有优异光学传输性能、抗拉伸性能、表面装饰性和美学价值的透光竹材新材料便应运而生。

与其他不同聚合物浸渍方法制备的生物质透明样品相比，透光原竹固化时间非常短，因此显示出了显著的快速制备加工的潜力。

透明竹变身电磁屏蔽材料

随着无线通信技术和电气设备的快速发展增加了人们生活的便利，但电磁干扰和辐射、电磁泄漏等问题也随之增加。日益恶化的电磁环境不仅危害着人们的健康，而且干扰着各类电子设备的正常运行。

因此，研究用于建筑和家庭的电磁屏蔽材料是非常必要的。

吴燕教授表示，将原竹直接加工成纤维素复合材料，不仅减少了机械预处理步骤中的大量能耗，而且保留原竹完整的纤维素骨架结构。在这项研究中，他们利用原竹自身的形态直接成型加工，不仅拓展了生物质光学透明材料的利用，而且在造型上更加多样。

据介绍，透明竹新材料的壁厚可达6.23毫米，透光率约60%，照度为1000勒克斯，吸水质量变化率小于4%，纵向抗拉强度达到46.40兆帕，表面性能为80.2HD（布氏硬度计测试出来的硬度单位）。

团队成员将透光原竹与透明竹片、电磁屏蔽膜组成一款复合器件，“整体结构类似于常见的蜂窝板”，吴燕介绍，其中，透光原竹充当核心骨架、透明竹片为面板、锡掺杂氧化铟薄膜为功能层。

吴燕团队经过研究发现，这款复合器件可表现出显著的隔热、保温性能以及电磁屏蔽性能，在家居与建筑装饰材料领域具有广阔前景。

“此类将原竹直接加工成纤维素模板再合成透光材料的方法，将大大减少前期原料机械加工和后期原料成型的步骤，不仅减少了能耗，也减少对石化资源的浪费。”吴燕说。同时，这个方法还可以扩展至处理其他高密度、低孔隙率的生物质材料中。

标签： 复合材料

推荐阅读

猜您喜欢