當今社會，建筑行業消耗了大量的能源。其中，住宅建筑的窗戶由于其熱管理能力較差而導致10-25%的熱量損失。目前，玻璃是最常用的窗戶材料。但是單層玻璃窗具有以下缺點：（1）玻璃具有很高的固有熱導率（約1 W m-1 K-1），導致加熱所需的能量容易泄漏；（2）突然的撞擊容易導致玻璃破裂，從而構成安全隱患；（3）在玻璃生產過程中每年會排放大量的CO2，加劇溫室效應。因此，非常需要開發節能的窗戶材料，以解決供暖成本、能源短缺以及對全球氣候變化的影響。
為了上述問題，研究人員開發了內部和外部百葉窗、透明熱障、角度選擇性遮光系統、多層玻璃窗等多種技術。其中，透明木材作為一種可替代透明材料而被廣泛關注。例如，L. Berglund課題組利用亞氯酸鈉（NaClO2）對天然木材進行漂白，并加入聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）制成的透明木材用作窗戶材料；胡良兵教授團隊通過“兩步法”策略，即通過環氧浸漬去除木質素并制造透明木材，使得制備的透明木材的透射率達到約為90％。然而，在降低霧度、增強機械性能以及為節能窗戶提供隔熱等方面還面臨諸多挑戰。基于此，馬里蘭大學的胡良兵教授（通訊作者）結合他們之前在木材研究方面取得的豐碩成果。報道了一種性能更好的透明木材被用作節能窗材料。它具有以下優異的屬性：（1）高透光率（91%），與玻璃相當；（2）清晰度高、霧度很低（15%）；（3）高韌性（3.03 MJ m3），比標準玻璃（0.003 MJ m3）高出3個數量級；（4）導熱系數低（0.19 W m-1 K-1），比玻璃低5倍以上。此外，由于透明木材與行業采用的旋轉切割方法兼容，所以其是可持續的材料，具有低的碳排放和結垢能力。總之，該工作中展示的可伸縮、高清晰度、透明的木材有非常大的希望被用作節能環保的窗戶，以顯著改善環境和經濟效益。研究成果以題為“A Clear, Strong, and Thermally Insulated Transparent Wood for Energy Effcient Windows”發布在期刊Adv. Funct. Mater.上【圖文解析】
b）比較用作建筑材料的透明木材、天然木材和玻璃的各種特性；c）寒冷天氣下在建筑物外窗中使用透明木材時的節能過程示意圖。圖二、表征透明木材的微觀結構
g）微型通道壁的放大圖，其中可以觀察到對齊的納米纖維素纖維。圖三、透明木材的光學和機械性能
e）透明木材以及通過不同工藝和木材種類制備的其他透明木材的光度與透射率的關系；f）天然木材（NW）和透明木材（TW）在徑向和軸向上的實驗應力-應變曲線；g-h）天然木材、環氧透明木材、玻璃和PVA透明木材之間的強度和韌性比較。圖四、對比透明木材與玻璃的隔熱性能
a）在軸向和徑向傳熱方向上從20-60℃測量透明木材的導熱率；d）在不同溫度下，通過導熱器使頂表面直接與導熱熱源接觸后，玻璃和透明木材樣品的背面溫度穩定。圖五、在DOE基準上的雙窗格透明木質窗戶的節能模型
b）基于兩層透明木材的雙層玻璃系統的中心U系數和太陽熱增益系數與不同空氣厚度的關系；c）基于Energy Plus 8.2.0中的簡單窗口模型；【小結】
綜上所述，作者開發了一種高清晰度、可生物降解的透明木材。其可以組裝成具有各種優異性能的可伸縮材料，從而使這種可持續的材料非常有希望被用作一種透明的節能建筑材料。這種透明木材同時具有低霧度（15％）和高透射率（91％）的優異性能。同時，該透明木材表現出高的機械性能和低質量密度，進一步降低了玻璃窗的相關安全風險。此外，其具有良好的耐熱性和較低的熱導率，從而提高了能源效率。當組裝成帶有通風間隙的雙窗格窗戶時，該透明木材在新舊建筑中每年可比DOE基準平均分別節省38和23 MJ m-2的能源。總之，這種可伸縮、高清晰度、堅固且隔熱的透明木材非常有助于開發具有許多環境和經濟利益的節能建筑材料。
