竹材是一種常見的生物質材料，具有可持續性、生長速度快、資源豐富等優點，被廣泛應用于家具及家居裝飾用材領域。但是，你見過透明的竹材嗎?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?

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近日，南京林業大學家居與工業設計學院綠色家居材料制造團隊吳燕教授領銜的課題組，通過一種簡單高效的處理方式，將其轉化為具有良好光學性能的纖維素復合材料，同時還保留了原竹天然形狀和纖維素骨架結構。日前，該研究成果發表于國際期刊《納微快報》。

竹子成為新材料資源寶庫

我國有竹林地面積701萬公頃，是世界上竹資源最豐富的國家，竹類資源、面積、蓄積量均居世界第一。截至目前，中國有竹類植物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、產品無污染、可降解等優點，且竹材用途廣泛，可實現全竹利用，幾乎無廢料。從刀叉勺杯盤等餐具到家居日用、汽車內飾、電子產品外殼，甚至工業領域的冷卻塔竹格填料，竹產品正在逐步進入人們的生活。

通過科技創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發利用，形成了重組竹、竹編工藝品、竹纖維制品、竹碳制品等100多個系列上萬個品種，竹加工品已經覆蓋人們生產生活各個領域。中國是世界竹產品生產、貿易第一大國，2020年，全國竹產業產值近3200億元。

隨著人們對家居環境個性化裝飾需求的日益增多，將木材、竹材等環保材料轉化為新型材料的研究越來越多，但是鮮有直接將原竹加工成具有理想光學性能的纖維素復合材料。

論文第一作者王晶介紹，要完成透明纖維素復合材料的制備主要分為兩個步驟，第一步是去除發色基團，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，竹材去除木質素和浸漬聚合物的時間比巴沙木、楊木等密度較小的木材要長，因此制備具有一定厚度的透明竹是一項挑戰。

團隊選取5年生毛竹為原材料，將去青后的原竹浸泡在過氧化氫和乙酸混合溶液中，木質素與過氧乙酸反應生成反式二羥基化加成產物;再利用簡單的化學預處理脫除原竹中的木質素，它的去除意味著“黏合劑”(連接纖維素和半纖維素)的消失，導致更多孔隙的出現，有利于折射率指數與竹纖維素模板相匹配的樹脂填充。

最后，經過快速固化工藝，一款具有優異光學傳輸性能、抗拉伸性能、表面裝飾性和美學價值的透光竹材新材料便應運而生。

與其他不同聚合物浸漬方法制備的生物質透明樣品相比，透光原竹固化時間非常短，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

隨著無線通信技術和電氣設備的快速發展增加了人們生活的便利，但電磁干擾和輻射、電磁泄漏等問題也隨之增加。日益惡化的電磁環境不僅危害著人們的健康，而且干擾著各類電子設備的正常運行。

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合材料，不僅減少了機械預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構。在這項研究中，他們利用原竹自身的形態直接成型加工，不僅拓展了生物質光學透明材料的利用，而且在造型上更加多樣。

據介紹，透明竹新材料的壁厚可達6.23毫米，透光率約60%，照度為1000勒克斯，吸水質量變化率小于4%，縱向抗拉強度達到46.40兆帕，表面性能為80.2HD(布氏硬度計測試出來的硬度單位)。

團隊成員將透光原竹與透明竹片、電磁屏蔽膜組成一款復合器件，“整體結構類似于常見的蜂窩板”，吳燕介紹，其中，透光原竹充當核心骨架、透明竹片為面板、錫摻雜氧化銦薄膜為功能層。

吳燕團隊經過研究發現，這款復合器件可表現出顯著的隔熱、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械加工和后期原料成型的步驟，不僅減少了能耗，也減少對石化資源的浪費。”吳燕說。同時，這個方法還可以擴展至處理其他高密度、低孔隙率的生物質材料中。

關鍵詞： 復合材料 電磁屏蔽 骨架結構 光學性能 低孔隙率