本文属于类型a，是一篇关于透明木材复合材料原始研究的学术论文。以下是根据该研究内容撰写的学术报告。

本文介绍了一项由齐鲁工业大学（Qilu University of Technology）李鹏（Peng Li）团队与加拿大魁北克大学阿比蒂比-泰米斯卡曼格分校（Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue）Ahmed Koubaa团队联合完成的研究。论文第一作者为赵丽丽（Lili Zhao）和邢丹（Dan Xing），通讯作者为张景法（Jingfa Zhang）、李鹏（Peng Li）和Ahmed Koubaa。该研究发表于《Advanced Composites and Hybrid Materials》期刊2026年第9卷，文章编号132，DOI为10.1007/s42114-026-01680-3。

该研究属于木质功能材料与有机-无机杂化复合材料交叉领域。透明木材（transparent wood, TW）作为一种可持续的光学材料，近年来受到广泛关注，但其表面硬度和耐磨性远低于玻璃，限制了其在建筑和光电器件中的实际应用。研究的核心科学问题是：如何在保持木材柔韧性和抗冲击性的同时，赋予其玻璃级别的表面硬度与耐磨性。为此，研究者提出了一种有机-无机双交联网络（organic–inorganic dual-crosslinked network）设计策略，利用环脂肪族环氧官能化低聚硅氧烷（cycloaliphatic epoxy-functionalized oligosiloxane, CEOS）渗透脱木素木材（delignified wood, DW），并通过紫外光引发阳离子聚合（UV-induced cationic polymerization）构建纳米尺度的硅氧烷-纤维素互穿网络（interpenetrating siloxane–cellulose network），最终获得兼具玻璃级硬度和塑料级柔韧性的木材基复合材料，命名为WG。

在实验流程方面，研究主要包含四个阶段。第一阶段是CEOS树脂的合成与结构调控。研究者以（2-（3,4-环氧环己基）乙基）三甲氧基硅烷（ECTMS）为前驱体，通过碱催化的水解-缩合溶胶-凝胶反应制备CEOS。为了优化CEOS的分子结构，他们系统考察了催化剂pH值（3、6、11、14）、反应温度（60、80、100°C）和反应时间（2、4、5小时）对缩合程度的影响。傅里叶变换红外光谱（FTIR）显示，碱性催化剂比酸性催化剂更有效地促进Si–O–Si键的形成，但过高的碱性（pH=14）会导致过早凝胶化。凝胶渗透色谱（GPC）和拉曼光谱（Raman spectroscopy）证实，分子量随反应时间和温度的增加而增大。最终确定的最佳合成条件为80°C、pH=11的NaOH水溶液催化、反应4小时，产物主要为笼型T8和T12结构的多面体低聚倍半硅氧烷（polyhedral oligomeric silsesquioxane, POSS）。第二阶段是WG复合材料的制备。将脱木素杨木（poplar wood）切片在CEOS/光引发剂/甲基乙基酮（MEK）混合液中真空浸渍24小时，然后在通风橱中干燥以去除MEK，最后夹在两片玻璃之间用365 nm LED灯进行紫外固化。根据ECTMS缩合时间的不同，样品分别标记为WG-0h、WG-2h、WG-4h和WG-5h。第三阶段是微观结构与化学界面表征。扫描电子显微镜（SEM）显示，原始木材具有蜂窝状空腔结构，脱木素后孔隙扩大，浸渍固化后CEOS均匀填充了木材管胞（lumina），且表面平整致密、无褶皱。FTIR和X射线光电子能谱（XPS）证实了环氧基团与纤维素羟基之间的共价键合。固体核磁共振（NMR）进一步显示，WG-5h中纤维素C2/C3/C5峰发生分裂，证明环氧与纤维素–OH之间形成了共价连接。研究者还定义了“环氧指数”（epoxy index）来量化环氧交联网络的形成程度，发现其随缩合时间先增加后降低，且脱木素木材的加入会限制环氧开环聚合。第四阶段是力学、光学和热学性能的系统测试。力学测试包括纳米压痕（nanoindentation）、铅笔硬度（pencil hardness）、拉伸试验、落球冲击试验和搭接剪切试验；光学测试包括透射率、雾度（haze）、紫外屏蔽和光致发光（photoluminescence）；热学测试包括热重分析（TGA）、导热对比实验和燃烧实验。

在主要结果方面，力学性能上，随着缩合反应时间增加，WG的纳米压痕硬度从WG-0h的0.10 GPa提升至WG-5h的1.70 GPa，有效弹性模量从1.80 GPa提升至20.33 GPa。这一硬度是此前报道的透明木材的六倍，虽然仍低于钠钙玻璃的5.5–6.5 GPa，但其铅笔硬度达到9H，与化学强化玻璃相当。对比样品聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）的铅笔硬度仅为4H。落球冲击试验表明，普通玻璃在冲击下碎裂成尖锐碎片，而WG表现出韧性失效，未发生碎裂。拉伸强度从WG-0h的28.2 MPa提升至WG-5h的51.2 MPa，同时断裂应变显著高于脱木素木材。玻璃-WG-玻璃夹层结构的搭接剪切强度随缩合时间增加而提高，且成功提起4.5 kg重物，表明WG与玻璃之间具有优异的界面粘附力。光学性能上，除WG-0h外，所有WG样品的透光率约为91%，与常规透明木材相当。雾度随缩合时间增加而降低，WG-5h的雾度约为40%，产生磨砂玻璃效果，可用于隐私保护。激光反射实验显示，普通玻璃产生镜面反射的集中亮斑，而WG将入射光散射为漫反射，降低了反射峰值强度，有利于缓解城市光污染。更为独特的是，WG无需外加荧光染料即可发出明亮的蓝色光致发光，最大激发波长为340 nm，发射峰位于370 nm。这一本征光致发光源于POSS刚性笼型网络对光引发剂发色团激发态弛豫的限制作用。激发-发射图谱（EEM）显示，CEOS与光引发剂混合后，发射谱带显著拓宽且强度大幅增强，证实了POSS网络对荧光的协同放大效应。在紫外屏蔽方面，WG完全阻挡了UVB和UVC波段（200–320 nm），对UVA波段（320–400 nm）的衰减也优于普通玻璃和PVA基透明木材。热学性能上，模型房屋天窗实验显示，WG的稳态外表面温度为27.1°C，低于玻璃的28.2°C，表现出更好的隔热性能。热重分析表明，WG-5h在加热后的残余质量约为40%，而天然木材仅为20%。WG的热降解分为纤维素分解和聚倍半硅氧烷网络分解两个阶段，后者峰值约在470°C，高于天然木材的降解温度。燃烧实验中，PMMA在20秒内完全燃烧并滴落，天然木材44秒自熄，而WG持续燃烧84秒后自熄且无滴落，说明其具有最慢的燃烧动力学，有助于延缓火灾蔓延。

本研究的主要结论是：通过有机-无机双交联网络设计，成功制备了一种兼具高透光率（91.8%）、可调雾度、本征光致发光、优异紫外屏蔽、9H铅笔硬度、1.7 GPa纳米压痕硬度、韧性抗冲击性和良好柔韧性的木材基复合材料WG。该材料的硬度可以通过ECTMS的缩合时间进行精确调控。其科学价值在于首次利用笼型POSS前驱体在木材管胞内部构建了完全有机-无机双交联网络，实现了玻璃级硬度与塑料级柔韧性这两种传统上不相容性能的协同统一，并揭示了纤维素羟基在阳离子开环聚合中通过接枝共聚（graft copolymerization, GC）机制参与网络形成的分子机理。其应用价值在于，WG可作为节能建筑天窗、柔性光电器件基板、防眩光建筑幕墙以及LED封装材料，为透明木材替代玻璃和塑料提供了新的路径。

本研究的亮点包括：第一，材料设计的新颖性——首次将带有多个环脂肪族环氧基团的笼型POSS前驱体引入脱木素木材，形成了纳米尺度的硅氧烷-纤维素互穿网络，不同于以往文献中报道的线型聚硅氧烷或预制二氧化硅纳米颗粒复合体系。第二，性能的协同突破——同时实现了高透光率、玻璃级表面硬度、塑料级柔韧性和本征光致发光，这些性能的集成在现有透明木材研究中尚无先例。第三，机理的深入解析——通过FTIR、XPS、固体NMR和EEM等多种手段，系统阐明了环氧-纤维素共价键合与POSS网络对荧光增强的贡献机制。第四，功能的多维拓展——WG不仅可作为结构透明材料，还可用于防隐私、防光污染、紫外屏蔽和LED封装等多个场景，展示了其作为多功能可持续材料的广阔前景。