你見過透明木頭嗎？抗摔耐造，韌性超過玻璃！

作者：閱讀：262次　發布時間：2025-10-16 12:01:07

【導語】科技浪潮下，新型材料成為創新突破的關鍵。曾被視為古老、與“萬物智聯”時代脫節的木頭，如今正被科學家“魔改”：有的變得透明堅韌，可替代玻璃塑料；有的能抓住激光，變身高效照明材料。從透明木材到智能調光建材，古老木頭在黑科技加持下重煥生機，有望融入未來生活。你期待這些“魔改木頭”嗎？

編者按：在科技迅猛發展的當下，從高精尖設備的研發，到對深海、外太空等極端環境的大膽探索，每一項革新與突破的背後，都離不開新型先進材料的支撐！“逆天改命”新材料係列文章將聚焦那些材料中的“叛逆者”。它們借助科學家們的巧妙設計以及前沿技術的加持，徹底改寫了自身的一些固有特性，從而打破命運的枷鎖，以全新的姿態，肩負起推動人類文明邁向未來的重任！

提起用木頭造的東西，大家會立刻想到什麽呢？是古代的馬車、建築、弓弩……還是古樸的木製家具和實體書本？

在很多人的印象裏，木頭都是一種逐漸淡出主流視野的古老材料，它似乎與日益逼近的“萬物智(zhì)聯”的時代格格不入。

至於什麽才是現代生活的代表性材料？玻璃、塑料以及各種高性能合金或許都是更受大眾認可的答案。

透明木頭上保留的若隱若現的木紋能增加美感（圖片來源：馬裏蘭大學帕克分校 Hu的團隊）

然而，這個情況可能就要改變了。一些科學家正試圖通過“魔改”木頭，來為它“逆天改命”！有人讓木頭變得透明和堅韌，使其可以取代玻璃和塑料；另一些，則讓它“抓住”了激光，製造出一種全新的照明材料。

看似平平無奇的木頭，似乎正要改寫未來材料科學的格局。

古老材料煥發“第二春”

你知道嗎？木頭曾是人類文明中泛用性最強的材料。在農耕、軍事、建築、文化等領域，都發揮著不可替代的作用！小到農具(jù)、家具和書冊，大(dà)到(dào)戰(zhàn)車、宮殿、巨型器械……都少不了它的身影。

甚至於在二戰時，大量采用木製材料製作而成的“蚊”式輕型轟炸機仍可以憑借其優良的性能，與同時代(dài)的(de)諸(zhū)多(duō)“金(jīn)屬(shǔ)對(duì)手(shǒu)”較(jiào)量(liàng)。

二(èr)戰(zhàn)時(shí)的(de)木(mù)製(zhì)“蚊(wén)式(shì)”轟(hōng)炸(zhà)機(jī)，因(yīn)為(wèi)性(xìng)能(néng)優(yōu)良(liáng)被(bèi)譽(yù)為(wèi)“木(mù)頭(tóu)奇(qí)跡(jī)”（圖(tú)片(piàn)來(lái)源(yuán)：維(wéi)基(jī)媒(méi)體(tǐ) Chris Woodrich）

然而後來，隨著越來越多高分子材料的“崛起”，木頭逐漸“失寵”。與此同時，一些被廣泛應用的現代材料，其實也存在不少缺點。

比如，玻璃雖然透光性好、耐磨、化學性質穩定，但其抗衝擊能力較弱，一旦碎裂還可能帶來安全隱患。

經過強化的“鋼化玻璃”或“防彈玻璃”則要麽因其在結構上的缺陷，而存在“自爆”風險，要麽成本過高、重量過大……所以相關領域的研究人員一直希望能找到性能更優的替代材料。

鋼化玻璃依靠製造“應力差異”提升強度，卻可能在特定條件下“自爆”（圖片來源：央廣網）

直(zhí)到大約30年前，一位德國的植物學家在研究木頭的內部結構時，意外造出了“透明木材”。此後，來自中國林科院木材工業研究所、瑞典皇家理工學院以及美國馬裏蘭大學的研究團隊，則是通過“實打實”的改造，讓這種新材料逐漸走向了應用舞台。

兩步走的“魔改”手術

木頭是由無數個微小的中空管道（細(xì)胞(bāo)）組(zǔ)成(chéng)的(de)，像(xiàng)一(yī)把(bǎ)緊(jǐn)緊(jǐn)捆(kǔn)綁(bǎng)在(zài)一(yī)起(qǐ)的(de)吸(xī)管(guǎn)。而(ér)將(jiāng)這(zhè)些(xiē)“吸(xī)管(guǎn)”粘(zhān)合(hé)在(zài)一(yī)起(qǐ)，並(bìng)賦(fù)予(yǔ)木(mù)頭(tóu)棕(zōng)褐(hè)色(sè)澤(zé)的(de)，是(shì)一(yī)種(zhǒng)叫(jiào)做(zuò)木(mù)質(zhì)素(sù)（lignin）的(de)物(wù)質(zhì)。

為(wèi)了(le)讓(ràng)木(mù)頭(tóu)變(biàn)透(tòu)明(míng)，研(yán)究(jiū)人(rén)員(yuán)采用(yòng)了(le)一(yī)種(zhǒng)兩(liǎng)步(bù)走(zǒu)的(de)“改造手術”。首先，他們要為木頭去除“色素”。具體的做法是，通過化學漂白或直接移除的方式，把木質素這個“色素膠水”給處理掉。

研究人員用氫氧化鈉等化學品對木材進行初步處理（圖片來源：Advanced Materials）

完成這一步後，木頭會變成一個乳白色的、由中空細胞構成的“骨架”。在這之後，研究人員需要向其中填充“透明膠”。

被移除了木質素的木頭骨架依然是不透明的，因為它內部中空的細胞內充滿了空氣。光線在穿過細胞壁和空氣時，會因為“折射率”的不同而發生散射，所以糖心免费视频看到的會是一片模糊的白色。

為了解決這個問題，研究人員會向這個骨架中，注入一種特殊的環氧樹脂。這種樹脂的折射率，與木頭細胞壁的折射率幾乎相同。當它填滿了所有的中空管道，光線就能相對順暢地穿過木頭，從而讓木頭奇跡般地透明起來！

為了讓成品“透明木頭”的透光率足夠高，它的厚度必須足夠薄，通常不到1毫米，也有團隊因為應用方麵的需要，在嚐試製作接近厘米級的成品。

盡管厚度有限，但木頭中由細胞所形成的堅固蜂窩結構依然可以保證足夠的強度！不要小看這種微小的木纖維，它的強度甚至可以與最優質的碳纖維媲美。

研究人員表示，加上樹脂後，透明木材在諸多性能指標上超過了塑料和玻璃，它堅韌無比，難以被摔碎，在抗壓、抗衝擊等的性能測試中，透明木材比透明塑料（如有機玻璃）強約三倍，其韌性比玻璃高約十倍。

處理前後的“木頭”透光性對比（圖片來源：Advanced Materials）

研究“瓶頸”激發靈感，造出新光源

“透明玻璃”若被造得太厚，則可能導致在其中散射的光線過多，從而影響整體透光率。此外，如果填充材料的光折射率與細胞壁的匹配度不夠，也會對透光造成負麵影響。

因此，就有人開始考慮，既然將木材做得完全透明如此困難，不如幹脆換個思路！

中國林科院木材工業研究所的唐啟恒團隊於是不再尋求去消除“魔改木頭”中的“霧”。相反，他們要想辦法加強它，利用它！

團隊經過對比，選取了細胞壁薄、孔隙大的輕木作為基礎材料，並將其加工為圓球，使其可以自然、均勻地向四麵八方散射光線。

接著，研究人員將木球置於亞氯酸鈉溶液中，在90°C下蒸煮48小時，去除了木質素，隻留下一個由纖維素框架構成的白色、多孔的“三維骨架”。

最後，研究人員對其進行了深度淨化與溶劑置換，在除去先前步驟所留下的化學殘留後，利用有機溶劑（如乙醇）置換出了木材微孔中的水分。直到木球完全幹淨後，他們又利用真空箱抽真空，讓光學透明的環氧樹脂充分滲入木材的每一個納米級孔隙，然後通過紫外線或加熱使樹脂固化！

通過除木質素、深度淨化、樹脂填充等工藝，讓木頭“脫胎換骨”（圖片來源：林苑科普）

最終的成品，直接使霧度提升至 90% 以上。用激光照射時，光線會被木頭內部的無數纖維反複散(sàn)射(shè)，使(shǐ)整(zhěng)個(gè)木(mù)球(qiú)成(chéng)為(wèi)了(le)一(yī)個(gè)明(míng)亮(liàng)且(qiě)能(néng)均(jūn)勻(yún)發(fā)光(guāng)的(de)“燈(dēng)泡(pào)”。

它(tā)不(bù)需(xū)要(yào)借(jiè)助(zhù)熒(yíng)光(guāng)粉(fěn)來(lái)進(jìn)行“光轉換”，在理論上，能量損耗會更小，也比LED更高效。。未來可能被應用在科研探索、國防照明等領域。

新材料在理論上擁有更高的發光效率、更低的發熱量（圖片來源：林苑科普）