一种用于未来透视 的新型阻燃抑超疏水透明竹材

中南林业科技大学(UFT)的吴益强教授和万彩超教授及其团队首创了一种源自天然竹子的透明材料。该材料具有三层阻燃屏障，可有效减少热量释放，减缓火焰蔓延，并抑制可燃挥发物、有雾和CO的排放。他们的研究结果已记录在《Research 》杂志上。

二氧化硅玻璃是建筑行业广泛使用的透明材料，在过去 50 年中作为一种重要的建筑材料得到越来越多的采用。其多功能性体现在2020年全球玻璃产量将达到约1.3亿吨。

论文通讯作者、中南财经大学材料科学与工程学院教授万春表示：“尽管传统石英玻璃具有透明度高、原材料易得等众多优势，但仍面临挑战。包括制造过程中的脆性、高密度以及大量的 CO 2和温室气体排放。”

近年来，透明木制品因其高透明度、优异的机械强度和优异的隔热性能等显着特点而受到人们的关注。

透明木材不仅具有环境效益，而且作为传统玻璃材料的可行替代品具有巨大的潜力。

然而，透明木材的使用存在一些局限性：a)全球木材稀缺，特别是在中国，构成了挑战;尽管努力通过种植园增加产量，但预计 2050 年工业原木的需求将超过供应; b) 透明木材中使用聚合物使其极易着火，构成潜在危险; c) 需要进一步增强透明木材超出其基本光学和机械属性的功能特性。

“竹子，通常被称为&luo;第二森林&ruo;，拥有快速的生长和再生速度，使其在四到七年内成熟并可用作建筑材料，”万说，“产量为四每英亩的竹子比木材高出数倍，竹子因其卓越的效率而受到认可。”

“从化学成分来看，竹子与木材有相似之处，主要由木质素、纤维素和半纤维素组成。而且，竹子的内部层次结构与木材非常相似，由于垂直通道排列整齐，具有较高的孔隙率和渗透性。这这一特性表明竹子在生产透明复合材料方面具有潜在用途。”Y. Yang 博士说道。万实验室的学生和主要研究作者。

该团队的解决方案是使用简便高效的真空浸渍技术将无机液体硅酸钠(Na 2 O·nSiO 2 )浸渍到脱木质素的竹结构中。随后，对中间产物进行疏水处理。

“通过这一策略，我们可以构建三层阻燃屏障，包括顶部硅烷层、表面Na 2 SiO 3水解缩合形成的SiO 2中间层和Na 2 SiO内层3)，”万说。

“该策略实现了 116 s 的长点火时间、0.7 MJ/m 2的低总热释放、0.063 m 2的低总发量以及 0.008 kg/kg 的低峰值 CO 浓度。”

透明竹材的弯曲模量和拉伸模量分别高达7.6±1.3和6.7±1.1GPa，展现了其优异的机械性能。

此外，当用作钙钛矿太阳能电池的基板时，透明竹子由于其71.6%的高透光率和令人印象深刻的96.7%的雾值而显示出作为光管理层的潜力，从而显着增强了电源转换效率15.29%。

研究人员感到兴奋的是，这一发现为绿色阻燃玻璃和光学器件应用打开了大门。 “在未来的研究中，我们将重点关注这种透明竹子的大规模制造和多功能化，”万补充道。