作者:李晨,宋平 来源:中国科学报 发布时间:2024/1/30 10:39:19
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新型“激光木材” 可实现高效率固态激光照明

 

 

近日,中国林科院木材工业研究所木质复合材料创新团队利用折射率与纤维素不匹配的树脂浸入脱除木质素(或脱除木质素发色、助色等基团)的木材,固化之后得到了高雾度透光木质复合材料。由于该材料可将束状聚集激光进行3D空间散射,进而实现照明效果,团队将其命名为木质激光散射体复合材料(简称“激光木材”)。研究成果于近日发表于《先进材料》(Advanced Materials)上。

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激光木材的制备过程及其在照明领域的应用示范。中国林科院供图

透明木材(亦叫透光木材、玻璃木、木质玻璃等)是在木材科学与材料科学基础上交叉孕育发展起来的一种新型绿色复合材料。常规做法是将折射率与纤维素匹配的高分子树脂浸入脱除木质素(或脱除木质素发色、助色等基团)的木材中,固化成具有一定雾度的透光木质复合材料。雾度(亦叫不清晰度)作为透明木材的一个特点,使得该材料在需要高透明的领域难以得到应用,从而变成一个缺点。

论文第一作者兼通讯作者、木材工业研究所副研究员唐启恒说,雾度主要是由于光在透明木材中散射引起的,无法避免,很多研究人员致力于解决雾度的问题,却忽视了一个道理:是否可以反其道而行之,充分提高并利用雾度,探索其在现代科学中的功能定位。

于是,该团队利用逆向思维,研究得到的这一高雾度透光木质复合材料,在微观下表现为木材细胞骨架和树脂形成双相互穿网络结构。该结构形成折射率极其不均匀介质体系,促使光在网络结构中发生高度散射。而这种高散射特性却恰好成为将束状聚集的激光进行3D空间散射的天然优势,无需经过光转换步骤,即可实现高效率固态激光照明。

这有效解决了当前发光二极管(LED)存在光转换“效率下降”的致命缺点,打开了木材在激光照明领域应用的可能性,有望成为下一代光源的潜在竞争者。

与此同时,调整红绿蓝三基色激光照射比例时,该材料还能发出不同颜色的光,从而开创性利用木材再现了牛顿在350多年前光的合成实验。

论文共同通讯作者、木材工业研究所研究员陈勇平表示,“激光木材”未来在多个领域均具有巨大的应用前景。该成果不仅为木材光电子学的发展及木材高值化利用提供理论参考,而且还可以助力我国绿色低碳高质量发展和生态文明建设。

该项工作得到国家林草局青年拔尖人才项目、国家自然科学基金项目等资助。

相关论文信息:https://doi.org/10.1002/adma.202306593

 
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