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  全球建筑物消耗的能源占總能源消耗量的20%至40%。例如，在一棟兩層樓的房子中，30%的墻壁都被玻璃窗覆蓋，而玻璃的熱管理能力（導(dǎo)熱系數(shù)較高）較差，導(dǎo)致高達(dá)60%的能量通過這些玻璃窗戶損失。因此，先進(jìn)的建筑材料在促進(jìn)全球可持續(xù)發(fā)展方面受到了特別關(guān)注。木材來源于天然可再生資源，在機(jī)械支撐和熱屏蔽方面是使用最廣泛的建筑材料之一。近年來，以木材為原料，通過各種脫木質(zhì)素和透明高分子聚合物浸漬處理可獲得兼具高透光率及力學(xué)強(qiáng)度的透明木材（TW）。由于保留了木材天然的低導(dǎo)熱性，這種透明木材是一種理想的節(jié)能透明材料。

  近期，南京林業(yè)大學(xué)陳楚楚課題組提出了一種在不引入任何透明高分子聚合物及膠黏劑的條件下，借助表面氧化及正交層壓設(shè)計(jì)，通過纖維素纖維之間的自粘合效應(yīng)，構(gòu)建了一種近似各向同性的全木材基透明層合木。與普通玻璃相比，這種透明木材的導(dǎo)熱性大大降低（0.27 W m^-1 K^-1），同時(shí)兼具高透光率（≈85.4%）與低霧度（≈20%），及近似各向同性的高力學(xué)強(qiáng)度（其中，濕強(qiáng)度達(dá)128 MPa）。

圖1 無膠自粘合透明層合木的制備

光學(xué)性能

  在可見光范圍內(nèi)，制備的透明層合木（M-DATW）具有良好的透光性能，在不引入透明高分子聚合物的前提下，其透光率達(dá)85%，霧度低至約20%。此外，由于正交層壓設(shè)計(jì)，得到的M-DATW表現(xiàn)出近似于各向同性的光學(xué)性能。

圖2. 無膠自粘合透明木光學(xué)性能

力學(xué)性能

  由于木材的天然各向異性，DATW（單層透明木）沿纖維軸向（L方向）的拉伸強(qiáng)度為126.4 MPa，但在垂直于纖維軸向方向上（R方向）的拉伸強(qiáng)度僅為29.5 MPa。通過正交層壓設(shè)計(jì)及纖維間的無膠自粘合效應(yīng)，如圖3所示，所得M-DATW在R方向上的拉伸強(qiáng)度由29.5 MPa顯著提高到138.2 MPa（三層M-DATW）。此外，值得注意的是，制備的M-DATW在力學(xué)強(qiáng)度方面表現(xiàn)出近似的各向同性（L方向?yàn)?/span>157.6 MPa；R方向?yàn)?/span>138.2 MPa）。

圖3. 無膠自粘合透明木力學(xué)性能

節(jié)能建筑模擬

  為了進(jìn)一步評估M-DATW的節(jié)能效應(yīng)，使用M-DATW和玻璃分別作為窗戶搭建模型房屋（圖4），并將其置于模擬的太陽光下，監(jiān)測室內(nèi)外溫度，以比較M-DATW和普通玻璃的隔熱能力。結(jié)果表明在持續(xù)光照下，當(dāng)室外溫度為43℃時(shí)，使用M-DATW作為窗戶的模擬房屋室內(nèi)溫度為27.1℃，而使用玻璃窗的模擬房屋內(nèi)部溫度高達(dá)34.2℃，說明本研究所得透明層合木有利于降低室內(nèi)能耗，同時(shí)提供舒適的室內(nèi)溫度，具有一定的節(jié)能效應(yīng)。

圖4. 無膠自粘合透明作為節(jié)能窗的模擬

  原文鏈接：

  Chuchu Chen, Tong Zhou, Zhangmin Wan, Zhaoyang Xu, Yongcan Jin, Dagang Li,

and Orlando J. Rojas*. Insulative Biobased Glaze from Wood Laminates Obtained

by Self-Adhesion, Small 2023, 2301472.  DOI: 10.1002/smll.202301472

  https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202301472