一个数字化、城市化的世界消耗了大量难以称为环保的原材料。根据发表在《先进材料》（“植物基结构作为下一代光管理中设计光学功能的机会”）的研究，可再生原材料中可能会找到一种有前景的解决方案。

在他们的论文中，这个国际研究小组仔细研究了木质纤维素——或植物生物质——如何用于光学应用，有可能取代沙子和塑料等常用材料。

具有各种光学功能的纳米纤维素复合薄膜。（图片：阿尔托大学）

阿尔托大学功能材料助理教授 Jaana Vapaavuori 说，我们希望尽可能全面地描绘木质纤维素如何取代广泛使用的技术中发现的不可再生资源，如智能设备或太阳能电池。

木质纤维素，包括纤维素、半纤维素和木质素的术语，几乎存在于地球上的每一种植物中。当科学家将其分解成非常小的部分并将其重新组合在一起时，他们可以创造出全新的、可用的材料。

在对该领域的广泛审查中，研究人员评估了光学应用所需的各种制造工艺和特性，例如透明度、反射率、紫外线过滤以及结构颜色。

Vapaavuori 解释说，通过结合木质纤维素的特性，我们可以为窗户或对某些化学物质或蒸汽发生反应的材料创造光反应表面。我们甚至可以制造吸收辐射的紫外线防护剂，就像表面的防晒霜一样。

图尔库大学材料工程教授 Kati Miettunen 说，我们实际上可以为木质纤维素添加功能，并且比玻璃更容易定制。例如，如果我们可以用木质纤维素代替太阳能电池中的玻璃，我们就可以改善光吸收并实现更好的运行效率。

由于森林生物质的需求量已经很大，而且大量的碳汇对地球的健康至关重要，因此作为木质纤维素的来源，研究人员指出了未被使用的物质：每年工业和农业产生的生物质废物超过 10 亿吨.

Vapaavuori 强调说，来自其他行业的木质纤维素的剩余物具有巨大的未开发潜力。

目前，研究人员仍在研究生物基材料并创建原型。例如，在阿尔托大学，科学家们已经开发出轻纤维和光反应织物。

由纳米纤维素制成的光学薄膜。（图片：阿尔托大学）

Vapaavuori 说，可以通过两种方式实现规模化和商业化的飞跃。要么我们通过政府法规或研究为生物基废物创造新用途，要么带来如此酷的演示和突破，从而推动对光学应用可再生替代品的需求。我们相信我们需要政治方向和扎实的研究。

基于木质纤维素的创新开发和商业化的一个主要障碍是其制造成本。早在 2000 年代初，人们就开始关注纳米纤维素，但直到现在能源消耗和生产成本已经下降到足以使工业应用成为可能。另一个持续的挑战在于一种简单但基本的加工成分：水。

纤维素喜欢水。要将其用于光学应用，我们需要找到一种方法使其在潮湿条件下保持稳定。