微观力学表征技术的发展及其在木材科学领域中的应用

微观力学表征技术是表征材料微纳米力学性能的重要技术手段,目前已被广泛用于表征材料的超微构造和解析材料的力学行为。随着材料科学研究尺度缩小,微观力学表征技术逐步从纳米向超纳米、从分子向超分子甚至粒子水平发展。按照试样信息的不同方式,微观力学表征技术主要包括纳米力学测试技术(探针技术)和超纳米力学测试技术(显微镜技术);其中,纳米力学测试技术包括准静态纳米压痕技术、动态纳米压痕技术和动态模量成像技术,超纳米力学测试技术包括原子力显微镜技术和基于原子力显微镜技术的新型微观力学表征技术。木材是一种多孔状、层次状、各向异性的非均质天然高分子复合材料,其超微结构是细胞壁由不同厚度的层次组成。细胞壁是决定木材和木质纤维材料性能的主要因素,是木材的实质承载结构;细胞壁的力学性能是由壁层结构、化学组成的分布与结合方式决定的。开展木材和改性木材细胞壁纳观尺度的力学性能、分布及影响对实现木基复合材料的高效设计具有重要意义。自Wimmer等首次将纳米压痕技术应用于天然木材细胞壁微观力学后,国内外学者主要采取准静态纳米压痕测量技术和动态纳米压痕测量技术对不同树种木材以及化学改性和生物改性木材细胞壁的硬度、弹性模量、蠕变特性与黏弹性等力学性能进行了研究。木质材料界面作为纳米级厚度的界面相或者界面层,不仅影响木质材料的强度、刚度,而且影响木质材料的断裂韧性等。界面力学是决定木基复合材料整体力学性质的关键,是引起材料变形、强度下降的主要原因。研究界面的属性和特征对于木基复合材料整体属性的评价以及结构的优化设计有一定参考价值,研究内容涉及有胶合界面、纤维增强聚合物界面以及木制品涂层的微观力学。随着研究尺度逐渐缩小,微观力学表征技术趋向高分辨率及数据定量化,如今已能在纳米级分辨率下进行力学信息成像,为木材科学领域的研究提供了方便。微观力学表征技术在木材科学领域中的应用尚具有较大潜力,但仍有较多方向尚未涉及,还应在以下3方面展开研究:一是需要开展微观力学技术在木材科学领域应用的标准化研究,规范测试过程,确保测试结果的可靠性和一致性;二是建立木质材料宏观到微观的完整力学体系,从本质上剖析木质材料的力学行为,在纳米尺度上表征木质材料的性质和失效机制;三是随着木材科学领域研究的深入,需建立微观力学与微观化学、微观物理、微观环境学的联系,丰富木材及木基复合材料在微纳尺度的研究。     

氢键吸附树脂在中药有效成分提取中的应用

本项目是由国家自然科学基金支持的基础研究延伸出来的应用研究成果.南开大学科研人员在"氢键吸附剂的合成、结构和吸附性能研究"中,合成出了三类氢键吸附树脂,包括ADS-15,ADS-17,ADS-F8等高分子吸附剂.     

木质素的高附加值应用研究进展

木质素是由3种苯丙烷单元通过醚键和碳碳键相互连接形成的具有三维网状结构的生物高分子,含有丰富的芳环结构、脂肪族和芳香族羟基以及醌基等活性基团。利用木质素的芳香基、酚羟基、醇羟基、羰基和甲氧基等官能团,能制备出具有紫外吸收、生物可分解性、抗菌性、抗氧化、电子传递和吸附性等特性的高分子材料。笔者结合木质素和改性木质素的结构特点,阐述其在胶黏剂与聚氨酯等聚合材料、纳米复合材料、超级电容器电极材料、碳纤维、复合薄膜材料、金属离子吸附材料等领域研究现状,并对其在应用过程中存在的问题进行了分析。最后,阐述了木质素在未来木质素材料化制备高附价值产品应用研究的重点和方向,木质素在电磁波吸收材料、发光材料等新领域具有广阔的应用前景。     

绿色纳米复合高吸水性材料

由中科院长春应用化学研究所承担的“原位插层聚合蒙脱石纳米复合高吸水性材料的结构与性能”项目，已通过了吉林省科技厅组织的鉴定。专家认为，该项研究获得的树脂符合绿色化工过程，成本低廉、吸水性强，具有较高的凝胶强度和良好的溶胀性能，处于国内先进水平。高吸水性树脂是目前发展最快的一种新型功能高分子材料，但由于其存在吸水后强度低、耐盐性差、成本高等瓶颈问题，极大地限制了应用推广和产业化进程。     

木质纤维可开发高附加值新材料

正2016年1月8日讯:由中国林科院林产化学工业研究所储富祥研究团队牵头、多家单位联合承担的"木质纤维化学材料及功能化技术"项目,近期在其制备和应用技术方面取得突破性进展。项目以丰富的林业木质纤维资源为原料,开发出的可降解高分子材料、木质素基树脂、吸附材料、增强处理材、碳基电磁屏蔽复合板材及功能化包装材料等新型材料,可广泛应用于人造板工业、电子电器、建材、包装、环境治理等方面,为全面提升木质纤维资源的高效和高值化利用,以及节能减排、促进低碳经济、推动产业升级、发展农村经济和提高农民收     

分子模拟活性炭的方法及其应用进展

介绍了分子模拟和传统吸附理论的关系,综述了使用巨正则蒙特卡洛模拟和密度泛函理论方法对活性炭结构的研究,归纳了近年来分子模拟技术在作为特殊吸附剂的活性炭的理论设计、吸附性能预测和指导表面基团改性方面应用过程中的研究进展。目前对活性炭微观孔结构的分子模拟研究,多停留于理论层面的模拟研究,而缺少对微观结构和宏观性质之间关系的分析。在实际应用中结合发挥分子模拟微观层面分析的优势,是分子模拟技术在活性炭研究中的重要发展方向。     

靶向分子印迹吸附材料分离林源活性成分的研究进展

我国森林资源储量丰富,其中对人类健康有益的各种林源活性成分的开发利用已成为林业产业发展的一个重要方向和途径。随着我国以林源活性成分为重要物质基础的林业生物制剂产业的快速发展,靶向分子印迹吸附材料在林源活性成分的精准分离和高值化加工中具有重要的产业化应用价值。本文介绍了靶向分子印迹技术的分离原理和分类,以及近年来几种新型靶向分子印迹吸附材料的载体类型,主要包括石墨烯、二氧化硅、碳量子点以及生物基载体。重点阐述了靶向分子印迹吸附材料在分离黄酮、多酚、有机酸、生物碱等林源活性成分方面的应用现状,最后对靶向分子印迹材料用于分离林源活性成分的发展进行了总结和展望,分析了靶向分子印迹吸附材料存在的局限性及靶向分子印迹吸附材料在林源活性成分分离应用中的发展方向。     

药用功能高分子材料

本项目的内容主要涉及与医药有关的反应性高分子材料,包括吸附分离树脂和固相有机合成载体树脂。其用途涉及中药有效成分的分离、多肽和DNA的合成和以组合化学的方法研究、筛选药物。这些材料除可以直接创造很高的经济效益之外,还会对我国中药、合成医药、农药及合成生物药的发展发挥重要的、甚至是关键的推动作用。中药现代化已成为我国中医药发展的方向,研究与实践表明,树脂吸附分离法是提取中药有效成分最为有效的分离技术。这不仅表现在工艺和设备简单,药材利用率高和生产成本低外,而且技术适应面广,产品质量高,可以使中药制成符合国…     

纳米纤维素的制备及应用研究进展

纳米纤维素作为纤维素基纳米材料的代表,不但保留了天然纤维素的性质,同时赋予纳米粒子以高强度、高结晶性、高比表面积、高抗张强度等特性,能够明显改善材料的光、电、磁等性能,在复合材料、精细化工、医药载体、药物缓释等领域具有广阔的应用前景。进一步对纳米纤维素的结构进行调控,在纳米尺度操控纤维素超分子聚集体,进行结构设计并组装出稳定的功能性纤维素基纳米材料,即可以纤维素为原料构建具有优异性能的生物质材料,这也正是目前生物质材料和纤维素科学领域的研究热点。概括了目前纳米纤维素的主要制备方法:机械法、化学法和生物法,并对各种制备方法的优缺点进行了讨论,同时综述了纳米纤维素的应用状况,指出了纳米纤维素的制备及应用方面需要解决的主要问题及今后的发展方向。     

路桥衔接板块高性能耐冲磨混凝土的研究

本项目研究通过超塑化剂、膨胀剂、树脂等复合手段，大幅度改善钢纤维混凝土基质材料的结构性能，通过高效粘结，充分发挥了钢纤维的增韧抗冲击作业，使这种有机无机复合、金属非金属复合的混凝土材料，具有优异的抗冲击和耐磨性，特别适合在路桥连接板块、跑道起降区域上的应用。     

半干旱地区应用高吸水性树脂抗旱造林试验初报

高吸水性树脂(简称吸水剂)是近年来国外研制出的一种新型高分子材料,它可以吸收与保持自身重量数百倍到数千倍的无离子水。这种高分子材料,与水接触后,短时间即能吸水、膨润形成水凝胶,起着降水时吸水与天旱时保水的作用。国外不仅在吸水性生理用品、医疗卫生用品、工业增稠剂和脱水剂方面得到了广泛应用,而且在农、林、园艺等方面的应用也取得了可喜成就。在我国,高吸水性树脂尚处于研制阶段,1982年吉林省石油化工设计研究院首次合成,吸水倍数可达500倍左右。     

海外纳米新技术荟萃

生物纳米机器 法国图卢兹材料设计和结构研究中心研究院与德国柏林大学合作,首次成功研制出可旋转的"分子轮",并组装出真正意义上的第一台分子机器.分子机器是指由分子尺寸的物质构成,能行使某种加工功能的机器.     

新颖服装一瞥

冬暖夏凉纳米服装一件衣服,用可以调控温度的“超级开关”材料制作,夏天吸汗降温,冬天防寒保暖。据悉,中国科学院化学研究所成功地通过调节“光”和“温度”,实现了纳米结构表面材料超疏水与超亲水之间的可逆转变,制备出了超疏水／超亲水“开关”材料,在功能纳米界面材料研究领域取得了重要进展。     

超滤在纯化银杏叶黄酮甙中的应用

采用国产中空纤维超滤设备，对银杏叶的乙醇提取液进行分离，去掉部分原花青素、高分子单宁、鞣质、蛋白质和糖类等杂质，澄清透明的超滤液经聚酰胺树脂吸附，得到银杏黄酮甙产品。ＨＰＬＣ检测，其含量在４５％左右，得率为０．５％～０．７％     

木质素微纳米球的制备与应用研究现状

在植物纤维原料中,木质素是仅次于纤维素的天然可再生资源,但由于结构复杂且不同类型木质素结构性能差异,其通常被认为是一种废料或低价值副产品。微纳米木质素是近年来兴起的新发展方向,可为木质素产品高值化利用提供一种新途径。木质素微纳米球是一种具有规整结构的微纳米木质素,其自组装制备方法主要有溶剂-反溶剂法、气溶胶的流式反应器法和界面细乳液聚合法。利用四氢呋喃、二氧六环和乙醇等溶剂对木质素或化学修饰木质素进行溶解,然后滴加反溶剂去离子水可获得木质素微纳米球,然而溶剂-反溶剂法获得的木质素微纳米球悬浮液在干燥过程中存在微纳米球团聚问题;气溶胶的流式反应器法能将木质素溶液直接雾化自组装成气溶胶;界面细乳液聚合法可使木质素分子在非共价自组装形成微纳米球基础上实现共价键结合。相比实心微纳米球,中空微纳米球拥有较高的比表面积。木质素微纳米球当前主要应用于药物载体、紫外防护和纳米填料等方面。采用木质素包载疏水药物,能提高药物在水溶液中的溶解性能,实现可控释放,延长作用时间,降低毒副作用;将木质素微纳米球用于光敏性农药的包载,能使其具有可控释放和抗光降解功效;将木质素微纳米球对酶进行包载,能使其具有较好的稳定性和催化活性。通过调控木质素自组装过程,可使其微纳米球具有相对亲水或疏水外表面,使微纳米球与相应亲水或疏水高分子聚合物共混时具有较强的分子间作用。此外,木质素微纳米球亦可用于吸附材料、聚集诱导发光纳米材料和锂离子电池电极材料等方面。目前,木质素微纳米球研究还处于起步阶段,其简单可行的可控构筑方法及其高值化应用领域需要进一步探索。界面细乳液聚合法能使木质素分子自组装过程中实现非共价键和共价键协同作用,且通过该方法可获得中空木质素微纳米球,为新型中空结构木质素微纳米球的开发提供了新方向;木质素具有自发荧光特性,且自组装制备微纳米球过程中木质素分子会产生J-聚集增强其荧光强度,为新型木质素基发光材料的开发提供了新思路。     

松香及其衍生物改性高分子材料的研究进展

综述了松香及其衍生物在高分子材料中的研究进展。分别对松香及其衍生物改性有机硅、聚酯、环氧树脂、聚氨酯等高分子树脂的制备方法及其应用进行总结,并在此基础上针对松香及其衍生物改性高分子材料的研究热点及发展现状提出了该研究领域面临反应条件苛刻、内聚力差、环保安全性等主要问题,最后对松香及其衍生物在改性高分子材料领域的应用前景进行了展望。     

纤维素纳米纤维水凝胶的构筑与吸附性能研究

现代化工农业生产和食品加工过程中产生的大量废水,给生态环境带来了严重负面影响。废水色度是水质污染的一个重要指标,因此寻求有色废水的高效处理技术是目前的研究热点之一。笔者试图构建环境友好型纤维基纳米材料吸附剂,并就其结构、吸附机制与性能以及实际应用的安全性进行分析与评价。基于静电纺丝-原位水解-水溶液聚合简易多步法,以纳米纤维中纤维素分子为反应对象、过硫酸铵(APS)为反应引发剂、丙烯酸(AA)和丙烯酰胺(AM)为反应单体、N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为反应交联剂,成功研制了具有三维网络多孔结构的互穿纤维素纳米纤维水凝胶(CNF-HGs)。通过扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)、热重分析仪(TGA)进行表征及亚甲基蓝(MB)溶液吸附性能测试与吸附动力学研究,从CNF-HGs的微观形貌、分子结构以及热稳定性能方面揭示了其良好的吸附能力与作用机理。细胞毒性试验进一步验证了其良好的细胞相容性和低毒性,有助于降低水处理中二次污染的可能性。研究结果可为纤维基生物吸附剂在有色污水吸附乃至其他废水处理与防治的应用中提供理论依据。     

生物质基刺激响应型水凝胶研究进展

刺激响应型水凝胶是一种快速发展的新型功能高分子新材料,该水凝胶可以主动感受外部环境的差异,并以体积的溶胀或收缩等特定的方式将其感受到的变化反映到外界,在生活和生产的众多领域中显示出巨大的应用潜力。生物质原料作为可再生的自然资源,近年来已被广泛应用于制备刺激响应型水凝胶,特别是随着可控/活性聚合、点击化学、动态共价键、超分子自组装、超分子聚集态调控等分子工程技术的快速发展和应用,能在一定程度上克服生物质大分子本身的结构缺陷,构筑出含有生物质原料分子独特结构的刺激响应型水凝胶,并促进了生物质利用的新型绿色合成策略、多功能化技术、简单模块化的合成工艺、现代生物技术等技术的发展。本文从刺激响应型水凝胶的刺激响应方法和类型出发,分别介绍了温度响应型、酸碱响应型、光响应型、电响应型、磁响应型和多重响应型6种类型水凝胶,重点阐述了生物质原料独特分子结构对刺激响应型水凝胶性能的影响机制,总结了不同环境响应型生物质基水凝胶在药物控释、生物组织工程、生物传感器、吸附材料、细胞培养和抗菌材料等方面的应用,并展望其未来发展方向。     

高效低毒肿瘤纳米药物研究取得重要进展

国家纳米科学中心梁兴杰研究组和高能物理研究所赵宇亮研究组合作研究发现,具有高效低毒抑制肿瘤生长的Gd@C82(OH)22纳米颗粒,可以促进对顺铂耐药细胞的内吞功能而有效的增加肿瘤细胞内的顺铂药物浓度,通过阻断DNA遗传物质的复制进一步抑制耐药肿瘤细胞的繁殖。中科院纳米生物效应与安全性重点实验室,2004年首次发现利用内含Gd原子的金属富勒烯三明治纳米结构的纳米颗粒,可以直接作为肿瘤的高效低毒化疗药物(NanoLetter 2005)以来,已经从分子免疫、神经调控、干细胞分化、血管生成等诸多方面对纳米颗     

新颖服装一瞥

一件衣服，用可以调控温度的“超级开关”材料制作，夏天吸汗降温，冬天防寒保暖。据悉，中国科学院化学研究所成功地通过调节“光”和“温度”，实现了纳米结构表面材料超疏水与超亲水之间的可逆转变，制备出了超疏水／超亲水“开关”材料，在功能纳米界面材料研究领域取得了重要进展。[第一段]