木头变身“激光捕手”,开启下一代照明技术新路径
在材料科学不断追求高透明度的进程中,一项看似“绕远”的研究却催生了令人惊喜的成果——一种被称为“激光木材”的新型复合材料。它并未沿袭传统思路去制造完全透明的木材,而是巧妙放大了木材本身朦胧透光的特性,发展出一种可应用于激光照明的高雾度材料,为固态光源技术提供了全新方向。
四步工艺,木头变身光学材料
原本普通的木材要成为能够“捕捉”并重新分配激光的特殊材料,需经历一系列精密处理:
选材定形:研究人员测试了二十余种木材,最终选定结构疏松、细胞壁较薄的轻木,更有利于光的渗透与传播。将其预先制成球形,以利用该形状特有的均匀散射效果。
去除显色组分:通过将木球置于高温亚氯酸钠溶液长时间处理,去除其中主要呈色和提供硬度的木质素,得到以白色纤维素为主的多孔骨架。
清洗与置换:经去离子水清洗后,使用乙醇等有机溶剂置换木材微孔中的水分。此步骤是关键过渡,为后续高分子材料填充做好准备,避免因水分残留产生光学缺陷。
树脂浸渍与固化:把处理后的木球浸泡在透明环氧树脂中,在真空环境下使其充分渗入木材内部的纳米孔隙,最后通过紫外线或加热固化成型,形成结构完整、透光良好的木质复合材料。
激光在木质材料中的“捕获”与转化
研究团队来自中国林科院木材所,最初目标是开发高透明度“透明木材”,但在实验过程中发现木材的高雾度特性——即透光但视线不清——难以彻底消除。他们转变思路,决定反向操作:不是降低雾度,而是将其强化并转化为优势。
通过工艺调整,他们将材料雾度提高至90%以上。此时木材内部形成密集复杂的光散射体系。当激光束射入,光线不再直接穿透,而是在纤维素与树脂的交界面上经历反复折射与散射,迅速扩散至整个材料,使木球成为一个均匀发光的立体光源。
与常见的LED照明相比,激光木材的发光机制更为直接。LED需经过“电-光-荧光”多步转换,存在能量损耗和发热问题;而激光木材直接利用激光进行散射,理论上的光效更高,具备显著节能潜力。
未来应用:极端环境与重大工程中的照明新选择
这一材料在国防、深海探测、偏远地区照明、极端温度环境等特殊场合展示出广泛的应用前景。它不仅重新定义了木材的可能性,也为我国绿色低碳发展和高新照明技术提供了新的科技支撑。
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