随着绿色生态文明理念的不断推进，建筑、家居、光电等领域对新型环保材料的需求日益迫切，传统的玻璃、塑料等材料正面临革新。在此背景下，一种源自天然竹材、兼具优异光学性能与力学性能的新材料——竹基透明材料，正逐渐走入人们的视野。它不仅保留了竹材独特的纹理与质感，还能实现令人惊叹的透光效果，为可持续材料的设计打开了新思路。接下来，小编将带您深入了解它的奥秘及相关研究进展。

通过两层透明木材堆叠获得格子图案（图源：文献1）

竹基透明材料是什么？

竹基透明材料，是一种通过特定工艺对天然竹材进行改性处理，最终使其具备一定透光性的生物质基复合材料。其核心原理在于两步：首先，通过化学或物理方法脱除或改性竹材中的主要显色成分——木质素。竹材细胞壁主要由纤维素、半纤维素与木质素组成。木质素是竹材十分重要的细胞壁组分，也是竹材不透明的主要因素。木质素中的羰基、乙烯基等不饱和双键与苯环形成共轭体系即为发色基团，易吸收可见光区域较长的光波而显示颜色，加上一些助色基团，如羟基、氨基、醚键等，致使木质素的色泽加深。因此脱除木质素或去除其发色基团是制备竹基透明材料的重要步骤；其次，需要用折射率与竹纤维素骨架相匹配的透明树脂（如环氧树脂、紫外光固化树脂等）填充竹材内部的孔隙与细胞腔，从而减少光散射，使光线得以顺利通过材料内部。传统竹材因内部复杂的多级结构及木质素等成分对光的吸收与散射，完全不透明，通过上述“脱色-填充”的工艺，竹材得以从不透明变为透明，同时保留其天然的纤维素骨架和独特的力学性能，成为名副其实的“透明竹材”。

光路传输示意图（图源：文献2）

特色竹基透明材料

为了突破传统透明竹材在原料形式、厚度和尺寸上的限制，研究人员创新性地开发了三种基于不同竹材单元的制备路径，形成了各具特色的产品。

1、透明圆竹

传统的透明竹材多由薄竹片制成，加工繁琐且破坏了竹材的天然结构。而透明圆竹技术另辟蹊径，直接以中空的圆竹为原料。它采用过氧化氢与乙酸混合溶液进行深度脱木质素处理，再浸渍快速固化的紫外光固化树脂。宏观上完整保留了圆竹的天然圆柱中空形态；微观上，竹纤维骨架模板得以保存，树脂充分填充细胞腔。制备完成的透明圆竹壁厚约6.23mm的透明圆竹，透光率可达约60%，纵向抗拉强度达46.40MPa，表面硬度高（80.2HD），且吸水率低（<4%）。它将竹材的天然美感与实用性结合，非常适合用于特色灯具、家居装饰品等领域。

2、多层透明竹

受胶合板层积结构的启发，研究人员将单层透明竹片像“三明治”一样，以不同纹理方向（平行或垂直交错）叠加起来，制备出多层透明竹。它采用亚氯酸钠法对竹片脱木质素，浸渍环氧树脂后，通过不同组坯方式（平行/垂直）热压固化。其形成的层积结构有效改善了单层竹片的各向异性，使力学和光学性能更均衡可控。通过改变层数和组坯方式，可以灵活调控其性能。例如，三层（0.9mm厚）透光率可达70-80%，五层（1.5mm厚）为57-63%，七层（2.1mm厚）为47-53%。同时，它还具有优异的抗紫外线能力（UPF值远高于玻璃）和疏水性（水接触角约96.4°），是建筑窗户、采光顶棚的理想候选材料。

3、透明竹碎料板

竹材加工中产生的大量竹粉剩余物，通常被低值化利用或废弃，而将这些“废料”进行一定处理，可以转化为高附加值的透明板材：对竹粉进行过氧化氢-乙酸预处理结合紫外光辅助脱木质素，然后将脱木质素竹粉与环氧树脂混合，模压固化。竹粉在树脂基体中无规分布，形成各向同性的均质材料，彻底突破了原料的形状和尺寸限制。在优化配方的情况下下（如竹纤维素质量分数10%），透光率极高（2mm厚板可达91%），且即使厚度增至15mm，透光率仍能保持82.5%以上。同时，它还具有优异的力学性能（抗拉强度~51.76MPa）和显著的隔热性能（导热系数最低可达0.203W·m⁻¹·K⁻¹，远低于玻璃）。可作为太阳能电池盖板、柔性显示基底或特殊光学器件的载体，利用其天然的三维纤维网络，甚至有望开发出新型的生物质基柔性电子基底。

生物质基透明材料在建筑领域的应用示意图（图源：文献1）

注：（a）以透明木作为建筑屋顶的示意图；（b）寒冷天气下在建筑物外窗使用透明木材时的节能过程示意图；（c）透明木窗的示意图

研究进展

1、竹粉复合透明材料

当前对于透明竹材的研究大多局限于竹片的透明化，在制备过程中会得到大量的残次品，这些花费大量时间与化学药品得到的残次品，通常不能得到有效运用，这无疑会在很大程度上增加损失。直接将竹材加工过程中产生的副产物处理后运用于透明材料的制备中，不仅可以提高竹材的利用效率而且可以提高最终的产品性能。如果将竹材残渣研磨成粉后按目数筛分、脱除木质素，再把环氧树脂浸渍到脱除木质素的竹粉中，通过这种方法制备出的竹粉复合透明材料具有一定优势。如竹粉在材料中具有各向同性，力学性能更佳，而且可以通过改变木粉含量以及粒径大小调节透明材料的透明度和雾度。

2、荧光竹粉透明材料

在透明竹材的基础上添加荧光粉，可以开发出具有优异荧光性能的荧光透明材料。通过这种方法制备的荧光透明材料具有一定的光学性能耐久性、良好的热尺寸稳定性，极大地拓展了应用范围。该材料可广泛应用于多个领域：在交通安全领域，可用于高速公路安全标志和应急光源；在建筑装饰领域，适用于家具、踢脚线、户外垃圾桶等产品；在高新技术领域，可用于卫星、无人机的定位标识；在娱乐产业，可应用于激光标签、剧院装饰等场景；在汽车工业，可用于豪华汽车内饰设计；在环境监测领域，还可用于污染监控等光强度感应装置。

3、导电透明木竹材料

无论是碱液处理还是酸溶液脱木素处理都会使木竹材料内部形成更多孔隙，细胞壁变薄，纤维之间的空隙增大。这些结构变化带来两大好处：首先，更疏松的结构让后续的聚合物填充变得更容易，这些聚合物能在木材内部形成致密的网络结构，从而大幅提升复合材料的强度和耐用性。其次，研究人员可以借此机会在材料中添加各种功能性纳米颗粒或特殊树脂，从而赋予木竹材全新的特性。比如可以加入导电颗粒制成导电木材，或者加入自清洁材料制成具有自洁功能的透明竹材。这种处理方法为开发各种具有特殊功能的木质复合材料提供了可能。

小结

竹基透明材料的研究不仅为竹资源的高值化利用开辟了新途径，也为未来低碳、可持续的材料设计提供了解决方案。当然，要实现大规模产业化，如何进一步优化工艺以降低成本、解决长期使用中的黄变问题、提升界面结合强度等，是科研人员需要继续攻克的挑战。

参考文献：

1、王晶.竹基透明材料的制备与性能研究[D].南京林业大学.

2、邱相声.荧光与导电透明竹粉材料的制备与性能研究[D].南京林业大学.

3、李辰暘,蔡雅婷,于涵,等.竹粉粒径及添加量对竹塑复合材料力学性能的影响[J].天津造纸.
4、陈祥慈,庄宁,张灿,等.定向氧化竹粉制备透明性聚乙烯醇复合薄膜[J].包装与食品机械.

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