天然木は、建築や家具作りに欠かせない資源です。また、その汎用性、リサイクル性、そして美観の高さからも高く評価されています。
しかし、 科学者が木材本来の多孔質構造と化学組成を化学的、物理的に改変することで木材材料の光学的、熱的、機械的、イオン輸送特性を微調整する方法を考案するにつれ、木材の多くの新たな可能性が生まれ始めています。
この目標を追求するために、近年、研究者たちは、木材を新たな用途に応用する潜在力を活かして木材を変革する革新的な戦略を考案してきました。
科学者たちは、スマートフォンの画面や変形窓に使える透明な木材を開発しました。（イメージ画像：Shutterstock）
ジークフリート・フィンクは以前、木材内の植物細胞から色素を除去することで透明な木材を作り出しました。彼は1992年に木材技術専門誌にこの技術プロセスの詳細を記しました。
その後10年以上にわたり、ジークフリート・フィンクの1992年の出版物は、透明木材技術に関する正確な情報源として主要な役割を果たしました。スウェーデン王立工科大学（KTH）の科学者、ラース・ベルグルンドもこの出版物を偶然発見し、自身の研究に活用しました。
現在、メリーランド大学カレッジパーク校の材料科学者、リャンビン・フー氏が率いる別の研究グループが、天然木を直接加工する技術を通じて透明な木材の開発に積極的に取り組んでいる。
研究チームによると、木材は多数の小さな垂直の管状細胞で構成されており、まるで接着剤で束ねられたストローの束のようだ。これらの管状細胞は、樹木内部で水分と栄養素を輸送する役割を果たしている。
透明な木材を作るには、科学者はリグニンと呼ばれる物質を改変または除去する必要があります。実は、この物質は細胞束を結合させるだけでなく、幹や枝に土っぽい茶色を与える役割も担っています。
木材に含まれるリグニンを漂白または除去した後、不透明な白い細胞壁が残ります。これは、細胞壁が、リグニンが除去された細胞嚢内の空気とは異なる光の屈折を示すためです。リグニンが木材の色を生み出します。
透明性を実現するには、木材の気孔にエポキシ樹脂などの光を屈折させる材料を充填する必要があります。こうすることで木材が透けて見えるようになります。完成したこの透明木材は、85%以上の光を透過します。ぎらつきなく太陽光を捉え、省エネ効果を発揮し、より快適な室内照明を実現します。
透明木材は優れた機械的強度も備えており、ガラス素材によく見られる安全上の懸念を解消します。さらに、透明木材は断熱性においてもガラスを上回り、建物の熱を逃がす効果も期待できます。
Liangbing Hu氏率いる研究チームは、接着剤や食品包装によく使用されるポリマーであるポリビニルアルコール（PVA）を、処理済みの木材細胞に注入することで、ガラスの5分の1の熱伝導率を持つ透明な木材を実現しました。
スウェーデン王立工科大学（KTH）のラース・ベルグルンド氏と彼の研究チームは、透明な木材で作られたスマートウィンドウの機能を再現する方法も発見しました。この技術は、透明と着色の状態を切り替えることで、視界をコントロールしたり、日光を遮ったりすることができます。
彼らの方法は、電流によって色を変えることができるエレクトロクロミックポリマーを層状にし、導電性のためにエレクトロクロミックポリマーでコーティングした透明な木の層の間に配置するというものである。
ある評価によれば、技術が進歩するにつれて、透明な木材素材はより多用途で、より透明で、より持続可能になり、超耐久性のあるスマートフォンの画面から照明装置まで、あらゆるものに応用される可能性があるという。
HUYNH DUNG （出典：Interestingengineering）
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