中國研發(fā)出新型激光木材可實(shí)現(xiàn)高效固態(tài)激光照明
中國研發(fā)出新型激光木材可實(shí)現(xiàn)高效固態(tài)激光照明,1月12日,記者從中國林業(yè)科學(xué)研究院獲悉,該院木材工業(yè)研究所木質(zhì)復(fù)合材料創(chuàng)新
中國研發(fā)出新型激光木材可實(shí)現(xiàn)高效固態(tài)激光照明,1月12日,記者從中國林業(yè)科學(xué)研究院獲悉,該院木材工業(yè)研究所木質(zhì)復(fù)合材料創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出一種可實(shí)現(xiàn)高效率固態(tài)激光照明的高霧度透光木質(zhì)復(fù)合材料。團(tuán)隊(duì)將其命名為木質(zhì)激光散射體復(fù)合材料(以下簡稱激光木材)。這一研究成果日前發(fā)表于國際期刊《先進(jìn)材料》。
透光木材作為一種新型綠色復(fù)合材料,具有一定的霧度,即透光而不清晰。正是這一霧度特性,限制了透光木材在某些要求高透明度的應(yīng)用場景中的使用。
“霧度的產(chǎn)生主要是由于光線在透光木材內(nèi)部發(fā)生散射。這是一個(gè)難以完全消除的固有現(xiàn)象。”論文第一作者兼通訊作者、中國林業(yè)科學(xué)研究院木材工業(yè)研究所副研究員唐啟恒對科技日報(bào)記者說,“傳統(tǒng)研究思路是努力降低霧度。但我們轉(zhuǎn)變了思路,嘗試?yán)眠@一特性探索其潛在的應(yīng)用價(jià)值。”
采用逆向思維,該研究團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出了高霧度透光的激光木材。“在微觀層面,這種材料基于木材細(xì)胞骨架和樹脂形成了一種雙相互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)形成了一個(gè)折射率非常不均勻的介質(zhì)體系,導(dǎo)致光線在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中發(fā)生強(qiáng)烈散射。值得注意的是,這種高度散射的特性恰好適用于聚集的激光束在3D空間中進(jìn)行散射,從而實(shí)現(xiàn)高效率的固態(tài)激光照明。此外,當(dāng)調(diào)整紅綠藍(lán)三基色激光的照射比例時(shí),這種材料還能發(fā)出不同顏色的光。”唐啟恒解釋說。
激光木材作為一種創(chuàng)新的照明材料,具有廣闊的應(yīng)用前景。“無論是室內(nèi)外照明、島嶼照明,還是深水、深海等極端環(huán)境下的照明,激光木材都展現(xiàn)出了獨(dú)特的潛力。”論文共同通訊作者、中國林業(yè)科學(xué)研究院木材工業(yè)研究所研究員陳勇平說,這項(xiàng)研究成果既為木材光電子學(xué)的發(fā)展提供了理論支撐,又為木材在激光照明領(lǐng)域的應(yīng)用開辟了新途徑。
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中國林科院木材工業(yè)研究所木質(zhì)復(fù)合材料創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)將折射率與纖維素不匹配的樹脂浸入脫除木質(zhì)素的木材,固化后得到高霧度透光木質(zhì)復(fù)合材料,可將束狀聚集激光進(jìn)行3D空間散射,故將其命名為木質(zhì)激光散射體復(fù)合材料(以下簡稱“激光木材”)。相關(guān)研究成果近日發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊《先進(jìn)材料》上。
透明木材(亦叫透光木材)是在木材科學(xué)與材料科學(xué)基礎(chǔ)上交叉孕育、發(fā)展起來的一種新型綠色復(fù)合材料。獲得透明木材的常規(guī)做法是將折射率與纖維素匹配的高分子樹脂浸入脫除木質(zhì)素(或木質(zhì)素發(fā)色、助色等基團(tuán))的木材,固化成具有一定霧度的透光木質(zhì)復(fù)合材料。不過,霧度(亦叫不清晰度)卻使透明木材難以應(yīng)用于有高透明需要的領(lǐng)域。
論文第一作者兼通訊作者、中國林科院木材工業(yè)研究所副研究員唐啟恒介紹,團(tuán)隊(duì)利用逆向思維研究得到高霧度透光木質(zhì)復(fù)合材料,在微觀下表現(xiàn)為木材細(xì)胞骨架和樹脂形成雙相互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。“該結(jié)構(gòu)形成折射率極其不均勻的介質(zhì)體系,促使光在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中發(fā)生高度散射——這種特性恰好有將束狀聚集的激光進(jìn)行3D空間散射的天然優(yōu)勢,不需要經(jīng)過光轉(zhuǎn)換步驟即可實(shí)現(xiàn)高效率固態(tài)激光照明,有效解決了當(dāng)前發(fā)光二極管(LED)存在的光轉(zhuǎn)換效率下降的致命缺點(diǎn),有望成為下一代光源的潛在競爭者。”
論文共同通訊作者、中國林科院木材工業(yè)研究所研究員陳勇平表示,未來,“激光木材”在涉及國防軍工、民用科技的照明領(lǐng)域,例如遠(yuǎn)距離島嶼、無接觸室內(nèi)外、深海、極端環(huán)境等,均具有廣闊的應(yīng)用前景。業(yè)界專家認(rèn)為,該成果不僅為木材光電子學(xué)的發(fā)展及木材高值化利用提供了理論參考,還可助力我國綠色低碳高質(zhì)量發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)。
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