何！木はガラスのように透明になることができますか？

透明なものといえば何を思い浮かべますか？それはガラス、プラスチック、ダイヤモンド、それとも水でしょうか?

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木材といえば、質感のある茶色や黄色の木材を思い浮かべますか?

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現在、科学者チームがガラスとほぼ同じくらい透明に見える透明な木材を発明しました。

透明木材の出典：参考文献[2]

透明な木材はどのように作られるのでしょうか?今日は調べてみましょう！

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木の中には何があるのでしょうか？

まず、木材の構造を理解しましょう。

木材は地球上で最も豊富な再生可能資源の一つであり、主にセルロース（40%〜50%）、ヘミセルロース（20%〜30%）、リグニン（20%〜30%）を含んでいます。

画像出典：参考文献[1]

セルロースは木材の強度を支えるもので、樹木の成長方向に沿って高度に整列しています。ヘミセルロースとリグニンは、小分子および接着剤として、水素結合と共有結合を介してセルロースと織り合わされ、耐荷重ネットワークを形成し、植物細胞を保護するための天然の劣化防止バリアを形成します。リグニンは複雑な有機ポリマーであり、特に木材や樹皮の細胞壁の形成に重要な役割を果たし、木材や樹皮に強度と腐敗に対する抵抗力を与えます。

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木材を透明にするにはどうすればいいですか？

実際、木材を透明にする鍵は、リグニンの色素分子を除去し、その芳香骨格を保持することです。具体的な作業工程は簡単に説明すると、木材に過酸化水素を塗り、日光に当て、アルコールに浸し、最後に透明素材のエポキシ樹脂を充填し、固化すれば完成です。

透明な木材生産フローチャート

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このようにして、透明な木片ができます。

画像出典：参考文献[2] この方法の発明者は、メリーランド大学材料科学工学部の胡良兵教授のチームの夏秦秦と陳超吉です。長さ1メートル、厚さ1ミリのバルサ材の板を透明な板に変える具体的な作業では、まず板の表面に過酸化水素の層を塗り、次に紫外線（または太陽光）に1時間さらします。このとき、過酸化水素はリグニンの色素団を漂白し、リグニンの芳香族骨格だけが残ります。

過酸化水素漂白剤で磨く

画像出典：参考文献[2] 次に木材をエタノールに浸してリグニンなどの残留物を除去します。最後に、木材の細胞壁の屈折率に一致する透明なエポキシ樹脂で木材の細孔を埋めます。木板に充填材を充填し、硬化させた後、透明度 90% の板が作成されます。これは、天然木の透明度 6% ～ 36% よりもはるかに高い値です。

調製セクションの概略図 出典：参考文献[2]

透明木材を準備するこの方法は、生産効率が高く、コストが低く、持続可能で制御性が高いため、費用対効果の高い製造プロセスになります。

上記の内容を読んだ後、透明木材の準備は非常に簡単でしょうか？条件が揃えば自宅でDIYも可能！しかし、過酸化水素は強力な酸化剤であり、皮膚に飛び散ると非常に痛みを伴う可能性があります。科学的な探査中は、保護に注意し、安全を最優先に考えなければなりません。

さまざまなパターンのDIY透明木材出典：参考文献[2] 03

透明な木材は何に良いのでしょうか?

透明木材は、軽量、高い光透過率、一定の曇り、低い熱伝導率、高い機械的強度などの利点があります。ガラスやプラスチックなど他の透明材料の高エネルギー消費と高汚染の工業生産モードと比較すると、透明木材の製造はよりグリーンで環境に優しく、その原材料の選択範囲も比較的広いです。

建築材料としての透明木材はガラスに比べて軽くて強度があり、断熱性も優れているため、耐荷重窓や屋根に使用できます。空港、図書館、美術館など公共の場の壁材など、建築美観が求められる場所に適しています。

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さらに、透明木材の独特な階層構造、高い抵抗率、優れた光管理特性により、光電子デバイス、省エネ建築物、太陽電池、タッチパネルなどに幅広く使用される可能性があります。過酷な埃っぽい環境では、太陽光パネルのカバーとしても使用でき、晴れた砂嵐の天候でも発電を継続できます。

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これらの総合的な利点により、透明木材複合材料は将来的にさらに幅広い応用シナリオを持つようになると信じています。

参考文献

[1]孔偉清、胡書峰、余仙龍、周哲、朱美芳。リグノセルロース機能性材料の研究の進展[J].ジャーナルオブテキスタイルリサーチ、2022年、43(04):1-9。

[2] Xia Qinqin、Chaoji Chen、Tian Li、Shuaiming He、Jinlong Gao、Xizheng Wang、Liangbing Hu。 「太陽光を利用した大規模でパターン化可能な透明木材の製造」Science Advances、2021年1月。

[3] Ruiyu Mi、Chaoji Chen、Tobias Keplinger、Yong Pei、Shuaiming He、Dapeng Liu、Jianguo Li、Jiaqi Dai、Emily Hitz、Bao Yang、Ingo Burgert、Liangbing Hu。 「エネルギー効率の高い建物のためのスケーラブルで美しい透明木材」。 Nature Communications、2020年7月。

著者: 徐 燕、復旦大学材料科学博士課程学生

編集者: 1名

謝辞：蘇州理工大学材料科学工学部の馬如光教授が本論文の科学的指導に協力しました。