木材中的纳米尺度、纳米木材及木材-无机纳米复合材料

为将纳米科技导入木材科学与技术研究领域,把木材科学、木材-无机复合材料学研究水平提升到纳米尺度的研究阶段,该文基于木材细胞壁的层构造及其主成分的堆积模型,提出了木材中的纳米空隙构造、纳米构造单元、纳米木材等新概念,并尝试性地讨论了纳米木材的制备方法,以及0-2,0-3,2-3木材-无机纳米复合的可行性.作者指出:①木材中的纳米空隙预示着木材具有收容纳米微粒、纳米管、纳米棒等纳米结构单元的空间.②木材中的纳米结构单元从大到小可以划分为:纳米层、纳米CMF和Matrix 、纳米晶胞、纤维素分子链簇.理论上由这些单元可以组合成纳米木材.③木材-无机纳米复合材料可以在0-2,0-3,2-3尺度上进行操作.     

木材／无机纳米复合材料研究现状与展望

在纳米材料特征、制备方法、纳米复合材料等方面研究成果的基础上．国内外的学对木材无机纳米复合材料进行了初步研究．研究表明．木材内部具有容纳纳米粒子的纳米空间．它存在于木材细胞壁上的微细纤维之间；并存在能与纳米粒子结合的活性基团；可用溶胶-凝胶法(sol—gel)、原位插层合成法、注入填充法等方法，形成木材／无机纳米复合材料；木材原有性能均能有不同程度的提高，甚至有可能产生全新的性能，基于木材的特点．以木材／无机纳米复合材料的工业化研究为目标，分析木材／无机纳米复合材料的制备、检测与分析表征的研究现状，提出研究建议与展望，主要包括无机纳米材料的筛选、表面改性和分散处理、纳米粒子与木材复合的途径和复合机理研究、木材／无机纳米复合材料的结构表征和性能分析及其应用研究等．     

纳米科技及其在木材科学中的应用前景(Ⅰ)--纳米材料的概况、制备和应用前景

综合介绍了近年来纳米粉体材料和纳米复合材料的制备，对木材／无机纳米复合材料研究进展进行了评述。通过纳米材料在木才、塑料、涂料等领域的应用，提出了纳米材料在木材科学与技术中的应用前景和发展趋势。     

纳米科技与纳米木材学的发展方向

纳米科技是21世纪知识创新和技术创新的源泉，纳米木材学是纳米科技与木材科学交叉融合的必然产物．提出了纳米木材学的研究领域和发展方向．     

硅气凝胶在木材-纳米无机质复合材料中的应用

气凝胶是一种新型的纳米多孔结构材料,具有可在纳米尺度控制和剪载的连续的三维网络结构,具有许多优异的性能和广阔的应用前案。结合气凝胶的制备过程,阐述了气凝胶的概念、性能、CO2超临界干燥工艺,探讨了硅气凝胶与木材的结合方式,随着二氧化硅气凝胶在木材科学与技术中的应用,必将给无机质复合木材的研究带来新的动力。     

超临界干燥制备木材-SiO2气凝胶复合材料及其纳米结构

采用溶胶-凝胶法和超临界干燥技术制备了木材-SiO2气凝胶,应用XRD、SEM、TFM等方法对气凝胶样品和木材-SiO2气凝胶复合材料的结构和物理性能进行了表征。结果表明：所制备SiO2气凝胶是连续网络的非晶态纳米多孔固体,其基本粒子的平均直径17～9．6nm,SiO2气凝胶与木材有良好的结合并保持木材的空隙结构。     

无机质复合木材研究进展

简要论述了木材-无机质复合材料的基本内涵与分类，综合介绍近年来国内外无机质复合木材的制备，对无机质复合木材的研究进展进行了评述。提出随着纳米材料在木材科学与技术中的应用，必将给无机质复合木材的研究带来新的动力。     

磁控溅射法制备纳米氧化锌/木材复合材料及其物理性能变化

目的为了改善木材表面物理性能,探索制备纳米氧化锌/木材复合材料的方法。方法以31年树龄的樟子松木单板作为研究对象,采用磁控溅射法制备纳米氧化锌/木材复合材料,对木材进行功能性改良,利用X射线衍射仪(XRD)、纳米压痕仪、接触角测量仪和扫描电镜(SEM)对样品结构、弹性模量、硬度、表面润湿性和微观形貌等进行表征。结果纳米氧化锌/木材复合材料XRD谱图显示:在2θ等于17.0°、22.5°、35.0°附近仍具有木材纤维素3个结晶面(101、002和040)的特征峰;在2θ等于31.8°、36.3°附近出现了ZnO(100)、ZnO(101)的特征衍射峰。在基底温度为200℃溅射条件下,木材纤维素结晶度下降23.1%。纳米压痕载荷-压入深度曲线形状变化较大,弹性模量增大了6.6倍,硬度增大了23%;纳米氧化锌/木材复合材料表面水接触角为140.2°;表面的纳米氧化锌粒径较小,分散性较好,在木材单板表面分布平整均匀。结论磁控溅射法制备纳米氧化锌/木材复合材料对木材结晶区没有形成影响,依然存在木材纤维素特征衍射峰,纤维素的结晶结构没有遭到破坏,但衍射峰强度有所降低;在木材单板表面生长氧化锌薄膜增大了木材表面的弹性模量和硬度,使木材表面润湿性能从亲水性变为疏水性,接近氧化锌材料的超疏水性能;木材表面生长的氧化锌薄膜均匀,排列致密,表面平整,无裂痕。可见,利用磁控溅射法在木材单板表面生长氧化锌薄膜,能够制备理想的纳米氧化锌/木材复合材料。      

纳米技术及其在木材科学中的应用前景(Ⅱ)--纳米复合材料的结构、性能和应用

综合介绍高分子聚合物纳米复合材料及木质纳米复合材料的结构和性能，通过纳米材料在塑料、建材、涂料等领域应用的分析，提出了纳米材料在木材科学中应用的设想。     

杉木木材/蒙脱土纳米复合材料的结构和表征

该文预先合成水溶性酚醛树脂作为中间介质,通过加压浸渍处理制备了杉木木材/蒙脱土纳米复合材料(WMNC),采用XRD、SEM、FTIR、TG-DTA等分析手段对WMNC的结构特性进行了表征.结果表明:①由于部分蒙脱土剥离片层进入了杉木木材细胞壁,WMNC中杉木木材的结晶度降低.②由于蒙脱土改性、树脂分子对蒙脱土的插层以及木材浸渍处理过程等的差异,蒙脱土在WMNC中的大小、形态和分布具多样性.蒙脱土填充的不均匀性,与杉木木材本身的渗透变异性相关.WMNC中的蒙脱土,部分填充于木材细胞腔等大孔隙,部分附着在木材细胞腔内壁,部分进入了细胞壁.③WMNC的缔合羟基增多,醚键大量增多,蒙脱土与杉木木材可能存在氢键或化学键结合.④WMNC的热分解历程改变,热性能提高,起始分解温度降低,高温区的热解失重显著减少,在一定程度上体现了无机复合组分蒙脱土纳米片层的纳米复合效应.      

脲醛树脂与纳米二氧化硅复合改善木材性能的研究

为提高三倍体毛白杨木材的多项性能,该研究以脲醛(UF)树脂和纳米SiO2为主要改性剂,并使用偶联剂和阻燃剂,制成5种木材处理剂,利用减压—加压的方法浸渍处理杨木,并通过加热使处理剂在木材中固化,制成UF-SiO2Wood复合材料．以尺寸稳定性、阻燃性、抗吸水性和硬度作为主要指标对复合材料的性能进行评价,考察了处理剂对杨木性能的影响．结果表明,此5种处理剂均能提高木材的抗吸水性、阻燃性,并显著提高了木材的硬度,纳米SiO2的添加对木材硬度的提高有显著作用;除UF-CSiO2共缩聚物外,其他4种处理剂均不同程度地提高了木材的尺寸稳定性．UF与纳米SiO2复合处理杨木可以提高杨木的综合性能．      

木材细胞软X射线接触显微成像研究

首次运用同步辐射软Ｘ射线接触成像进行木材构造的研究。结果表明,木材构造中的细胞大小形态,细胞壁的分层结构,微纤丝的排列,交叉场纹孔等特征,可以清晰地观察到,因此该技术的应用对木材科学的发展将起促进作用。     

基于树木天然生物结构的气凝胶型木材的理论分析

目前纳米技术在木材科学中的应用主要是木材-纳米复合材.在介绍气凝胶材料的性质及其应用的基础上,重点从树木天然生物结构出发,对木材细胞壁的微观构造、所含凝胶物质及木材的智能效应等进行分析,并将木材的结构和物理性质与气凝胶材料进行对比,提出了气凝胶型木材的概念.     

木材/二氧化硅复合材料的微细构造

为弄清木材/二氧化硅复合材料的微细构造,通过固体膨胀率与增重率的关系、吸湿处理中尺寸变化、X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜分析(SEM)及能量色散X射线分析(EDAX)等方法,研究了该复合材料的微观构造特性.结果表明:①木材/二氧化硅复合材料的增重率与含水率成正相关.固体膨胀率随着增重率的增加而增加,弦向固体膨胀率大于径向.尺寸变化率随着增重率的增加而减小.②SEM分析表明,二氧化硅凝胶存在于木材细胞空隙中.EDAX分析表明,气干材、水调湿材制备的木材/二氧化硅复合材料,二氧化硅存在于木材细胞壁中,硅的质量百分含量分别为4.11%、9.22%;饱水材制备的木材/二氧化硅复合材料,二氧化硅存在于细胞壁及细胞腔中,硅的质量百分含量为17.07%.③XRD分析表明,二氧化硅存在于木材细胞壁中,生成的二氧化硅凝胶越多,结晶度越小.      

木材细胞壁的超微构造与气凝胶型木材的制备原理

阐述了木材细胞壁的化学组成、超微构造及壁层结构.根据木材细胞壁的结构,气凝胶型木材的制备主要包括3个步骤:木材细胞壁S3层的破坏;木材细胞壁的膨化;超临界干燥.通过对木材细胞壁的超微构造的分析,从原理上对气凝胶型木材制备的各个步骤进行了简要的叙述.     

木材细胞壁纳米纤维分形构造径向和弦向变异规律

将分形理论引入木材细胞壁超微构造的研究,以偏光显微镜测得细胞壁S2层平均微纤丝角θ为基本参量,研究木材细胞壁中纳米纤维的分形维数值D沿径向和弦向的变异规律。结果表明,分形维数值沿径向近髓心处数值最大,向树皮方向经历骤降阶段和缓降阶段,呈波动式下降;分形维数值沿弦向的最大值偏移趋势不明显,波动下降过程缓和,无明显的阶段性特征。     

杉木 - 纳米SiO2复合材料结构表征及复合机理研究

杉木木材可与纳米SiO2通过类似生物拟态矿化的过程进行复合,其力学性能等提高的程度取决于两者间的界面结构和结合状态.通过SEM,TEM表征杉木 - 纳米SiO2复合材料的结构;并基于二元复合理论,结合XRD和EDXA等分析其复合机理.结果表明,纳米SiO2粒子多数以纳米尺度分布在木材细胞壁上,并有部分沉积在木材中的纳米空间;纳米SiO2与木材组分既有原位复合,但主要是其表面的大量不饱和残键和游离羟基与杉木组分中的羟基形成化学结合.     

强化复合木材细胞壁的纳米压痕测试分析

通过纳米压痕测试技术,测定和分析了未处理材和经硅溶胶强化处理的复合木材细胞壁层面的力学性能和弹塑性,以及硅溶胶的存在位置对强化复合木材细胞壁微观力学性能的影响。结果表明:1）浸渍强化处理工艺可以使硅溶胶进入木材细胞壁,使得强化复合木材细胞壁的弹性模量和硬度达到18.64 和0.64 GPa,分别比未处理材提高59%和31%;2）控制改性处理工艺,可以得到改性细胞壁和既有改性细胞壁又有填充细胞腔2种改性形式的强化复合木材,并且2种改性形式下细胞壁层面上的弹性模量和硬度没有显著差异,证实了细胞腔填充对细胞壁层面的力学性能没有影响;3）复合木材细胞壁形貌表征和力学测试曲线表明,硅溶胶强化处理后的复合木材细胞壁保持了较好的弹塑性特性,相对弹性回复率与未处理材基本相同。      

分形理论在木材科学领域中的应用

阐述了分形理论的基本概念、分形结构的主要特征以及分维的计算方法,总结了分形理论在木材解剖学、物理学、力学、无损检测及环境学中的应用情况,讨论了利用分形理论对木材细胞壁中纳米纤维的超微构造进行定量表征的可行性。结果表明:木材细胞壁中不同尺寸纤维的结构特征和组合排布关系,符合分形体系所要求的无特征长度和自相似性两大特征,可应用分形的方法对木材细胞壁中纳米纤维的微观构造进行定量表征。     

我国木材干燥技术现状与国内外发展趋势

为促进我国木材干燥技术发展,该文对木材干燥技术作了回顾和展望.介绍了我国常规干燥、除湿与太阳能干燥、真空、微波与高频干燥等木材干燥技术的现状、研究成果及与国外先进设备的差距.文中分析了今后国内外木材干燥技术的发展趋势: 常规干燥仍占主导地位,除湿、真空、微波与高频干燥将呈增长趋势,而联合干燥技术是今后发展的重点.