玻璃可能很快就会面临一个不太可能的对手--竹子的竞争。中国的科学家们已经把普通的竹子变成了一种透明材料,这种材料还具有防火、防水和抑制烟雾的功能。由沙子制成的硅玻璃仍然是需要透明而坚固的建筑材料,比如窗户。但它并不特别具有可持续性,而且可能又重又脆,实际上,透明木材几年前就已经开始抢占玻璃的地盘。
科学家用化学方法去除木纤维中的木质素,然后用有机玻璃或环氧树脂处理剩余材料。最终得到的材料是透明的、可再生的、与玻璃一样结实或比玻璃更结实,同时重量更轻、隔热性更好。
不过,使用木材还是有一些问题。木材比玻璃更易燃,而且需求量大,需要很长时间才能补充库存。因此,在这项新研究中,中国中南林业科技大学(CSUFT)的研究人员转而使用竹子。
竹子通常被称为'第二森林',它的生长和再生速度极快,可以在四到七年的生长期内成熟并用作建筑材料,"该研究的通讯作者万才超说。"竹子的亩产量是木材的四倍,其卓越的效率是公认的"。
竹子的内部结构和化学成分与木材非常相似,因此研究小组采用了相同的方法将其变成透明的。去除木质素后,竹子被注入一种无机液体硅酸钠,改变纤维对光线的折射,使其变得透明。然后,再进行处理,使材料具有疏水性或拒水性。
最终的材料形成三层结构--顶部是硅烷,中间是二氧化硅,底部是硅酸钠,这种竹材是透明的,透光率高达 71.6%,具有阻燃、防水、阻挡烟雾和一氧化碳的功能。在力学方面,它的弯曲模量为 7.6 GPa,拉伸模量为 6.7 GPa。它不仅可以用作建筑材料,而且在用作过氧化物太阳能电池的基板时,它就像一个光管理层。这使电池的功率转换效率提高了 15.29%。
在未来的研究中,研究人员将重点关注这种透明竹子的大规模制造和多功能化。
这项研究发表在《研究》杂志上。