研究人員開發了一種新型阻燃、抑煙、超疏水透明竹材，有望成爲二氧化硅玻璃的替代品

來自中南林業科技大學(CSUFT)的吳義強教授和萬彩超教授及其團隊率先從天然竹子中提取了一種透明材料。這種材料具有三層阻燃屏障，可有效減少熱量釋放，減緩火焰蔓延，並抑制可燃性揮發物，有毒煙霧和CO的排放。他們的研究結果已發表在《研究》雜志上。

二氧化硅玻璃是一種在建築行業中廣泛使用的透明材料，在過去的50年裏，它作爲一種重要的建築材料得到了越來越多的采用。它的多功能性反映在2020年全球玻璃産量將達到約1.3億噸。

CSUFT材料科學與工程學院的正教授、該論文的通訊作者C. Wan表示:“盡管傳統硅玻璃具有高透明度和原材料可用性等諸多優勢，但它仍然面臨著脆性、高密度、制造過程中大量二氧化碳排放和溫室氣體排放等挑戰。”

近年來，人們對透明木制品的興趣激增，因爲透明木制品具有高透明度、優異的機械強度和優異的保溫性能等顯著特點。

透明木材不僅具有環境效益，而且作爲傳統玻璃材料的可行替代品具有巨大的潛力。

盡管如此，利用透明木材仍有一些限制:a)全球木材短缺，特別是在中國，構成了挑戰;盡管努力通過種植增加産量，但預計2050年工業圓木的需求將超過供應;B)在透明木材中使用聚合物使其極易著火，構成潛在危險;c)除了其基本的光學和機械屬性外，還需要進一步增強透明木材的功能特性。

“竹子，通常被稱爲‘第二森林’，擁有快速的生長和更新速度，使其在生長的四到七年內達到成熟並被用作建築材料，”萬說，“每英畝的産量是木材的四倍，竹子以其卓越的效率而聞名。”

在化學成分方面，竹子與木材有相似之處，主要由木質素、纖維素和半纖維素組成。此外，竹子的內部分層結構與木材非常相似，由于整齊排列的垂直通道，具有高孔隙率和透氣性。這一特性表明竹子在生産透明複合材料方面的潛在用途，”萬實驗室的博士生、該研究的主要作者Y. Yang說。

該團隊的解決方案是使用一種簡單有效的真空浸漬技術將無機液體硅酸鈉(Na2O·nSiO2)浸漬到去木素化的竹結構中。隨後，對中間産物進行疏水處理。

“通過這種策略，我們可以建立一個三層阻燃屏障，包括頂部的硅烷層、中間的二氧化硅層(通過Na2SiO3在表面水解縮聚形成)和內層的Na2SiO3，”萬說。

“這一策略實現了116秒的長點火時間、0.7 MJ/m2的低總放熱、0.063 m2的低總煙産量和0.008 kg/kg的低峰值CO濃度。”

透明竹的彎曲模量和拉伸模量分別高達7.6±1.3和6.7±1.1 GPa，表現出優異的力學性能。

此外，當用作鈣钛礦太陽能電池的襯底時，由于透明竹具有71.6%的高透光率和96.7%的可觀霧值，因此具有作爲光管理層的潛力，從而顯著提高了15.29%的功率轉換效率。

研究人員很興奮，這一發現爲綠色阻燃玻璃和光學器件的應用打開了大門。“在未來的研究中，我們將專注于這種透明竹子的大規模制造和多功能，”萬補充道。