乐器用木材声学振动性能改良研究的进展

结合乐器用木材的宏观和微观构造、物理力学性能要求及评价指标,总结乐器用木材声学振动性能的影响因素及参数要求,归纳化学、物理、生物等处理方法在木材声学振动性能改良方面的应用研究及进展,分析各改良方法存在的问题,为木材声学振动特性功能改良的进一步研究提供思路。     

细胞壁空隙对木材性能及加工利用的影响

细胞壁空隙是木材水分横向传输的重要通道,是影响木材干燥速率、木材改性效果的重要因素。针对细胞壁空隙的研究不仅是对木材本身构造和性能的进一步了解,更是对木材物理和化学加工基础的深入诠释。文中概述木材细胞壁空隙的组成、分类、具体尺寸等,归纳其对木材物理力学性能及加工利用的影响,总结目前木材细胞壁空隙构造研究尚存在的问题并提出建议,以为实际生产和科学研究提供参考。     

木材微区结构表征方法及其研究进展

介绍了木材细胞壁微区结构的表征方法,并重点阐述了X射线衍射技术、核磁共振技术、原子力显微镜技术和共聚焦显微拉曼光谱技术等4种表征方法在木材微区结构研究中的应用及研究现状,为今后木材超微结构的探索提供了方法与思路。进一步归纳总结了4种表征技术的优势及局限性,并明确指出了木材微区结构研究在现阶段存在的不足与未来发展方向。     

木材热处理研究现状与发展前景

介绍了木材热处理的作用方式与机理，阐述了木材热处理对木材外观、尺寸稳定性、物理力学性能、耐久性、声学特性以及涂饰与胶合性能等方面的影响。全面概述了木材热处理在国内外的发展现状，同时对存在问题进行了分析总结，探讨了其今后在质量预测与控制、工艺复合、处理对象延伸和产品等级划分等方面的研究重点与发展前景。     

木材细胞壁力学性能与细胞壁组分和构造的相关性研究

细胞壁是木材的承载结构,是木材最主要的组成和利用部分。基于细胞水平的微观研究,主要分析了木材细胞壁力学性能与其组分及微观构造的相关性,分别从细胞壁木质素、半纤维素、纤维素和微纤丝角四个方面阐述了其对细胞壁刚性、硬度、弹性模量、抗拉强度和断裂伸长率等微观力学性能的影响。并且依据目前细胞壁力学性能的研究现状,对今后的研究方向提出了展望。建议今后加强分子层面机理研究并加强细胞壁力学与实际应用的关系探究。     

纤维饱和点概念的演变、测试方法及其应用

纤维饱和点(FSP)是木材科学中早期提出的概念,距今已超过1个世纪,在木材-水分关系、物理力学性能等木材科学研究各领域均发挥了重要作用。相较于FSP概念的最初形式,其无论从定义形式还是从物理含义等方面都有了变化,从最初以木材内水分状态及其存在位置的定性描述朝着水分与木材结合形式差异、木材内水分势能边界方向发展。目前国内关于FSP的研究相对滞后,也未见系统的FSP测试原理和方法介绍。本研究对FSP概念演变与发展、测试方法及其优缺点进行系统分析,并在此基础上总结FSP在木材-水分关系、木材干燥技术、改性效果评价中的应用及其进一步发展方向。根据木材-水分关系研究的不同阶段,FSP概念可归纳为4种类型:第1类概念强调以物理力学性质转折点及水分存在位置定义FSP;第2类概念以木材细胞壁容纳水分极限作为FSP,简化了限制条件;第3类概念强调水分与木材结合形式差异,从吸、放热的热物理角度等进行阐述;第4类概念引入溶液热力学概念,将FSP视为木材内不同状态水分的相态边界,给出了FSP明确的物理含义。FSP测试方法可归纳为7类,包括外推法、溶剂排出法、压力板法、示差量热法、离心脱水法、核磁共振法和溶液热力学计算法,除外推法、溶液热力学计算法获得的FSP为计算值外,其他方法都可获得细胞壁内吸着水真实含量,测定的FSP明显高于传统引用的FSP平均值30%,但具体应用时应根据实际需求而定。FSP可进一步在木材干缩湿胀特性分析、木材干燥基准制定等方面发挥作用,同时在木材改性效果评价及改性处理后微观构造分析等领域均可应用。在FSP热力学概念基础上衍生的全含水率区间木材-水分关系的化学势表达方式,以及在此基础上发展而来的木材-水分相态图,将成为今后建立木材-水分关系的科学评价体系机制,并进一步服务于科研与生产。     

仿生光子晶体结构色在木材颜色功能性改良中的应用前景

对木材表面进行颜色功能性改良是提高木材使用价值的重要途径。文中总结传统木材染色和诱导变色工艺的发展现状及存在的问题,提出利用结构色进行颜色改良是一种清洁无污染的生态仿生着色技术,综述其在木质材料领域中的研究现状,并从木质材料表面结构色构筑及机理、木质材料表面结构色的光响应及界面机理、木质材料表面仿生结构色薄膜大规模应用技术、木质纤维素纳米晶结构色薄膜制备及其功能拓展4个方面提出研究展望。     

木材光老化表征与评价方法研究进展

木材在户外使用过程中受到太阳光辐照易发生光老化,进而影响使用寿命。在木材光老化表征过程中受环境因素的影响,对木材光老化程度需要进行多方面性能的综合评价。因此全面阐述光老化表征方法以及性能评价,有助于为不同使用环境的户外材选用提供指导。文中分别介绍了自然老化和人工老化2种表征方法,总结了在2种表征测试过程中光源、温度、雨水等环境因素对木材光老化的影响;归纳了从木材组织结构、化学组分、物理和力学性能等方面对木材光老化的评价,并提出今后进一步开展相关研究工作的建议与设想。     

木材细胞壁增强改性研究进展

物理化学改性能够提高木材物理力学性能,主要源于改性剂对木材细胞壁的物理化学作用。因此,从某种意义上讲,木材改性主要是指木材细胞壁的增强改性,通过物理化学等手段,可以有效促进改性剂进入细胞壁,从而增强细胞壁。而近年来先进分析技术在木材改性领域的应用,能够更直观更准确地对木材细胞壁性能变化及改性剂分布进行表征。然而,木材细胞壁增强改性研究仍然存在许多问题,需要更系统更深入的研究。主要从物理增强、化学增强以及纳米技术的应用等方面对木材细胞壁增强改性最新研究进展进行了总结,对存在的问题进行了分析,并对今后的研究方向与可能的突破进行了展望。     

木材热压干燥研究现状与应用前景

文中综述了木材热压干燥理论及试验研究，分析了热压干燥工艺对干燥时间、干燥质量和物理力学性能的影响；为了对木材热压干燥过程进行预测和工艺控制，归纳了木材热压干燥传热传质规律以及数学模型构建与求解的研究现状，也为更好地建立和完善木材热压干燥数学模型与干燥工艺奠定了基础；指出木材热压干燥及传热传质模型研究中存在的主要问题，对完善木材热压干燥机理研究与传热传质数学模型构建提出建议，并对热压干燥在人工林木材中的应用进行了展望，可为人工林木材高效高附加值利用提供参考。     

基于应力波与X射线二维CT图像原木内部腐朽无损检测

木材无损检测技术是在20世纪60年代后逐步兴起的对木材性质进行非破坏性检测的技术,如今该技术已多达几十种,产生了多种多样的木材无损检测方法。为了更好地运用这些方法,找出它们的优缺点,有必要对它们检测木材内部缺陷进行试验和评价。同时使用应力波和X射线两种方法对原木内部腐朽进行检测,结果表明：应力波和X射线二维CT图像都能检测出原木内部腐朽,显示出腐朽的区域,而且能利用图像计算出腐朽区域的面积。两种方法计算出的腐朽区域的面积准确度φ都较高,但是应力波二维CT图像在其他许多方面逊于X射线二维CT图像：应力波二维CT图像对腐朽区域形状的显示不够准确,不能根据图像辨别出腐朽的严重程度,利用图像确定腐朽面积效率很低;X射线二维CT图像对腐朽区域形状的显示与实际较吻合,可以根据图像辨别出腐朽的严重程度,利用图像确定腐朽面积效率高。但是X射线仪器笨重不便携,而应力波检测仪轻快便携。     

CT技术在木材科学中的应用

CT技术作为一种先进的无损检测方法已在木材构造检测和物理性能评价领域得到广泛利用,逐渐成为木材科学领域中一种重要的检测方法。文中介绍了CT技术的基本原理,综述了普通医学CT和工业CT检测木材宏观构造、密度,以及利用高分辨率CT研究木材微观结构的研究进展,并展望了CT技术在木材科学领域的应用前景。     

基于原木断层图像的三维重构技术研究

利用OpenGL和VC＋＋平台进行原木断层图像三维重构的研究。首先对断层图像进行轮廓形状插值,然后对轮廓线进行连续性处理,最后使用双三次B样条插值曲面来实现轮廓线的三维重构。实验结果表明,本文提供的方法可以很好的将一组原木腐朽断层图像还原为三维立体图,为原木缺陷检测、立木健康评价等方面提供应用理论基础和科学依据。     

计算机断层扫描技术在木材科学中应用研究进展

计算机断层扫描（CT）技术作为一种高质、高效的无损检测技术，具有重建图像分辨率高、速度快等优点。鉴于该技术在医学领域取得的重大成就，国内外学者基于CT技术对木材做了大量研究，并将其应用于木材科学研究领域，验证了CT技术在木材检测和木材加工领域的可行性，同时取得了良好的使用效果。文中综述了CT技术在木材缺陷检测、木材宏观构造检测和木材切割中应用的研究进展，分析了现有技术存在的问题，展望了CT技术在木材科学领域的应用前景。     

Moisture content measurements in wood using dual-energy CT scanning – a feasibility study

Currently computed tomography (CT) scanning provides a non-destructive method to determine moisture content in wood in three dimensions. With the current methodology two measurements are needed, one with the scanned piece of wood’s moist state and one after drying. Then the difference of the images can be calculated. The drawback and challenge is that dimensional changes due to shrinkage of wood in the drying process have to be compensated for by image processing. In this study a dual-energy CT scanning method is tested based on the consecutive scanning of wood samples at different energy levels to differentiate water from wood, without the necessity to dry the sample and thus without the need for complex image correction. Not quantified but visible differentiations due to moisture content were obtained on small cubical pine samples of different densities by quick consecutives scans at 60 and 200?kV. The results suggest that given that the pixels in the CT images are representing absorption coefficients it should be possible to directly measure moisture content in wood non-destructively in small volume elements inside solid wood in three dimensions. Further applications of this technique in industrial CT scanning of wood are discussed.     

非破坏性木材内部缺陷检测--木材CT扫描研究动态

对断层扫描技术(CT)在木材工业中应用的可行性,以及在木材工业中实际应用之前需要解决的问题进行了探讨.针对木材CT图象的各种处理方法,以及各国目前在该领域的研究动态进行了回顾.将CT技术引进木材工业,将使锯材和单板生产的价值最优化成为可能.     

木材科学与技术研究新进展

木材作为世界四大基础材料中(钢铁、水泥、塑料、木材)唯一的可再生资源,广泛应用于家具、建筑、能源、新材料等领域,与人们的生活息息相关,已成为国民经济重要支柱产业。从木材微观分子生物学到宏观木结构,再到新型木质纳米材料进行全面阐释,对于木材科学与技术领域的基础理论研究和重大核心技术突破具有重要指导意义。木材科学与技术已发展为综合性的交叉学科,资源、环境和科学技术的发展,使得木材科学与技术领域的基础理论研究和关键技术取得了一系列的重大突破。笔者从微观的细胞分子层面到宏观的木结构和木建筑,从木材构造与材性、木材水分及干燥、木材保护与改良、木材重组与复合、木制品与木结构、木材解离与组装、木材解构及转化等方面,概述了木材科学与技术的经典理论,重点总结分析了近二十年来木材科学与技术领域取得的系列新进展,概括木材及其衍生材料在新型先进纳米复合材料领域的应用,并展望了木材科学与技术领域未来的研究热点和发展方向,以期为我国林产工业,特别是木材加工产业的科技进步和产业结构调整与升级提供理论和技术支撑。     

Real-time wood moisture-content determination using dual-energy X-ray computed tomography scanning

ABSTRACT

The estimation of the pixel-wise distribution of the moisture content (MC) in wood using X-ray computed tomography (CT) requires two scans of the same wood specimen at different MCs, one of which is known. Image-processing algorithms are needed to compensate for the anisotropic distortion that wood undergoes as it dries. An alternative technique based on dual-energy CT (DECT) to determine MC in wood has been suggested by several authors. The purpose of the present study was to evaluate the hypothesis that DECT can be used for the determination of MC in real time. A method based on the use of the quotient between the linear attenuation coefficients (μ) at different acceleration voltages (the so-called quotient method) was used. A statistical model was created to estimate the MC in solid sapwood of Scots pine, Norway spruce and brittle willow. The results show a regression model with R²?>?0.97 that can predict the MC in these species with a RMSE of prediction of 0.07, 0.04 and 0.11 (MC in decimal format) respectively and at MC levels ranging from the green to the totally dry condition. Individual measurements of MC show an uncertainty of up to ±0.4. It is concluded that under the conditions prevailing in this study, and in studies referred to in this paper, it is not possible to measure MC with DECT.     

Modeling the dielectric properties of wood

A method for calculating the complex dielectric permittivity of an anisotropic wood structure at microwave frequencies is presented. A numerical model for describing the 3D wood structure containing fibers, rays, vessels and cracks with changeable dimensions and material composition is built. This model is introduced into an efficient solver that calculates the effective dielectric constant of any 3D structure of dielectric materials. Using our numerical model we succeeded in theoretically reproducing the results of recent measurements of the dielectric permittivity of wood, in various directions and various moisture contents. The qualitative agreement is realistic, reproducing all the trends of the changes in ɛ as the direction of the electric field and the moisture content are varied. The quantitative agreement is practical and reliable for engineering calculations with an average deviation of ±10% in ɛ′ and ±5% in ɛ′′. As microwave processing of wood involves internal temperatures as high as 150°C and pressures of up to 5 atm, the dielectric properties of wood were also calculated with the same numerical model by simulating high internal temperature and pressure. A comparison between the calculated and measured values shows once again how accurate the model reproduces the empirical study.