摘要
木材是一种可再生、绿色可降解的天然材料，其来源广泛，具有低的热导性、优异的力学性能及复杂的层次结构，被广泛地应用在建筑和家具方面。目前，人们对于木基功能化复合材料的研究颇多，其中对木基材料功能化需先对原木进行改性，再进一步进行功能化。本文综述了在木材透明化基础上，通过物理化学等方法处理，赋予木材在不同领域新应用的相关研究成果，并分析了透明木基功能化复合材料产业化亟待解决的问题。
随着能源的日益短缺和环境污染问题的逐渐加重，如何高效地开发利用生物质资源替代难降解或不可降解材料迫在眉
近年来，透明木基复合材料成为木材改性的热门研究话题。透明木材是一种既具备木材低导热性、高模量和高强度等优良特性，同时还具有透明光学性能的新型材
原木在未处理前并不透明，且一般呈现棕黄色。木材呈现一定的颜色主要是由于进入木材内部的光被木材内部的一些物质吸收，一般被称为光吸收。光吸收是指当入射光进入介质材料内部时，由于分子结构及组成的原因，在通道中传递受阻，而滞留在材料内被吸
图1 木材原生细胞壁的物质组成和脱木素后物质组成示意
Fig. 1 Schematic diagram of material composition of cell wall of primary wood and after delignificatio
1992年，Fink等
当与纤维素折射率相近的树脂被注入到脱木素木材中后，木材界面间的光散射减小，进入木材的光线大部分可以通过木材，从而导致木材有了一定的光学透明
图2 光线在原木（左）和透明木（右）细胞中的传播路线
Fig. 2 Route map of light propagation in cells of log (left) and transparent wood (right)
目前，透明木基功能化复合材料的制备方法有很多，功能化的实现主要是将不同的功能化纳米粒子掺杂到上述浸渍树脂中，随着树脂浸渍过程一起浸渍到脱木素木材内部，从而实现木材的功能
图3 制备透明木基功能化复合材料的示意
Fig. 3 Diagram of preparing transparent wood-based functional composites
采用不同功能材料制备出来的透明木基复合材料具有不同的功能性，如保温隔热、光致发光、光致变色、电致发光、磁性发光等。除此之外，这些透明木基复合材料在可见光区还具有较高的透光率。因此，天然木材的功能化研究在很大程度上拓宽了其在不同领域的应用范围。速生木材生长速度快，蓄积量大，更多地选取速生木材作为木基功能化复合材料的原料不仅能解决资源短缺的问题，还能实现木材的高值化利用。
木材是一种传统的建筑材料，贯穿在人们的日常生活中，但由于木材光学及机械性能的不足限制了其在其他领域的应用。为了解决能源匮乏及经济快速发展引起的环境污染等问题，近年来复合型建筑材料成为研究热点。
在实际生活中，以热的形式散失的能量居多。据统计，建筑物通过窗户散失的能量约占建筑物能量消耗的30%。国内外的实践证明，提高建筑物围护结构的保温性能，特别是提高窗户保温性能是减少建筑物热量散失最经济有效的方法。透明木基复合材料还具有高雾度的特点。雾度即透明或半透明材料的内部或表面由于光漫射造成的云雾状或浑浊的外观，为散射光通量与透过材料的光通量之比。用标准光源的一束平行光垂直照射到透明或半透明材料上，由于材料内部和表面造成散射，使部分平行光偏离入射方向2.5°以
Wang等
图4 不同透明木基功能化复合材料用于智能窗户的示意图
Fig. 4 Schematic diagram of different transparent wood-based functional composites used in smart windows
以上介绍的具有刺激响应、电致变色及保温隔热等功能的透明木基复合材料可成为智能窗户的候选材料，不仅能起到冬暖夏凉的效果，还能减少能源的大量消耗。除此之外，该复合材料可以在很大程度上减少夏天由于室外强光照射引起的眼部不适感。
透明木基复合材料具有高透光率和高雾度，因此其具有高效的宽带光管理特性，能够作为光电探测器和太阳能电池的有效光管理涂层。这将有利于电池的有源层对光的俘获，从而提高电池对光的利用率，这对于许多能量转换器件来说是至关重要的，如薄膜太阳能电池和光电化学电池
Zhu等
图5 不同透明木基功能化复合材料用于电子器件的示意图
Fig. 5 Schematic diagram of different transparent wood-based functional composites used in electronic devices
目前电子设备被广泛应用，但其废弃后却难以降解，因此大量使用会对生态环境造成严重的威害。将处理过的木材用作电子器件基材的候选材料，不仅制备工艺简单，且绿色可降解，可解决目前电子类产品难以降解的问题，符合可持续发展理念。
随着科技不断进步和经济快速发展，人们追求更高品质的生活，对于新型家居材料的需求越来越多。透明木基复合材料作为一种新型材料，除了可以应用于建筑材料、电子器件方面，还可用于家居行业。
Li等
图6 不同透明木基功能化复合材料用于发光材料的示意图
Fig. 6 Schematic diagram of different transparent wood-based functional composites used for luminescent materials
这些光致发光透明木基复合材料产生扩散发光的主要原因是由于木材结构的复杂性，虽然木素被脱除，但木材中仍存在可使光线发生折射和散射的残留物质，因此相比于玻璃等透明材料，这种透明木基复合材料可应用于光学照明材料，在室内设计（如平面光源、发光元件、灯具、叠层盖板等）应用方面具有很大的潜力。
未来透明木基功能化复合材料的研究方向主要有以下几点。
（1）提高界面结合度。制备透明木材的方法主要是先脱除木素，再选择与纤维素纤维折射率相近的树脂浸渍脱木素木材，从而得到透明木材。目前，人们制备出的透明木材大多存在木材细胞壁与树脂之间界面结合不紧密的问题，会增加光线在木材内部的折射及散射，从而影响木材的透明度。因此，对如何提高木材细胞壁与树脂之间的界面结合度的研究是必不可少的。
（2）提高浸渍匀度。从表观形貌来看，目前制备的功能化透明木材存在浸渍不匀的现象，可能一方面是由于功能性纳米粒子没有在树脂中分散均匀，另一方面是由于树脂在木材细胞腔中出现聚集导致了纳米粒子的聚集，从而出现表面浸渍不匀的现象。因此，为了提高树脂浸渍匀度，可以在树脂固化前采取一定的措施，提高树脂在木材细胞腔中的均匀度。
（3）提高韧性。目前国内外研究制备出的新型功能化透明木材层出不穷，但制备出的透明木基复合材料大多存在脆性高的问题，即使有一部分透明木基复合材料在制备完成初期具有一定的韧性，但经长期存放后仍然会出现变硬变脆的现象。因此，如何确保制备出的透明木基复合材料具有较高且恒定的韧性将是未来的研究方向之一。
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