木基多孔油水分离材料研究进展

随着水体油类污染造成的环境和健康危害问题日益严重,开发高效、低成本且绿色环保的油水分离材料受到越来越多的关注。木材作为一种可持续、可再生、可生物降解的环境友好型天然材料,具有多尺度分级结构、高度各向异性、丰富的孔隙构造以及结构可调控等特点。直接利用木材的层级多孔结构,通过“自上而下”策略对木材的化学组成、孔隙结构以及表面润湿性进行调控,可为开发高性能油水分离材料提供新思路和新方法。本文从过滤和吸附两种主要的油水分离方式出发,介绍近年来基于天然木材的多孔过滤膜和吸油材料的构建策略,并综述这两类木基功能材料用于分离不混溶油水混合物、油水乳液和水面高黏度原油的最新研究进展,讨论存在的问题以及未来潜在的研究方向。     

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。     

木基衍生炭活化过硫酸盐降解污水污染物的研究进展

基于硫酸根自由基的高级氧化技术在处理水中有机污染物领域受到广泛关注,利用炭材料活化过硫酸盐可解决传统过渡金属/过硫酸盐体系降解污染物过程中的金属离子溢出问题。木基衍生炭是一种天然绿色、成本低廉、制备工艺简单、可持续的非金属炭材料催化剂,并且具有应用于环境修复领域的潜能。木基前驱体经热解后可生成具备发达孔结构和丰富官能团的炭材料,有利于过硫酸盐活化。木基衍生炭具有的丰富孔径结构也为水体中有机污染物的吸附提供了可能。概述了近年来木基衍生炭/过硫酸盐体系在污水处理领域的研究进展,重点介绍了自由基高级氧化技术原理、木基衍生炭材料的制备技术与性能特点以及基于炭材料的自由基高级氧化作用机制和技术特点,同时详细总结了非金属杂原子改性对木基衍生炭材料性质及其活化过硫酸盐能力的影响,归纳分析了木基衍生炭催化剂在水环境处理中的作用机制与应用前景。研究结果也为森林可燃物处理、木材加工剩余物及废弃改性木材的高值化利用提供了新的思路。     

木材孔隙结构的调控与利用研究进展

多孔材料的合成与调控在材料科学、能源科学等领域有着迫切的研究和应用需求,然而其制备的过程存在能耗高、不环保等问题。因此,绿色可持续多孔材料的开发与利用亟待研究。木材是一种天然多孔材料,具有可持续、可降解、易修饰等特点,细胞腔、纹孔、细胞壁中的孔隙、微纤丝间隙等大小不同的孔隙构成了木材层级多孔结构。但木材孔隙结构分布不均匀、孔隙类型相对固定,为实现更广泛的功能化应用,需要对木材孔隙结构进行调控。通过对木材孔隙的大小、形状、数量和联通性等进行调控,不仅可以改善木材原本的理化性能,还可以赋予其新的功能。分别从物理、化学、生物等层面总结木材孔隙结构的调控手段及其调控后材料在建筑、环境、能源、输导、智能器件等领域的应用,并展望木材孔隙结构调控的发展趋势,以期挖掘木材作为多孔材料的更大潜力,为木基多孔新材料的发展提供理论支撑与技术支持。     

木基储能材料研究新进展

木材作为一种可再生的天然高分子材料,其特有的结构和理化性质,使木材及其衍生材料在清洁能源、柔性传感和催化工程等领域的应用研究层出不穷,引起了科研工作者广泛关注。除了资源丰富、绿色环保和可生物降解等特点,木材还具备一些独特的优势,如各向异性的分层多孔结构、良好的机械灵活性和可调谐的多功能性等,近年来在电化学能源存储领域表现出令人憧憬的应用前景。笔者从实体木材、木质纤维和木质纳米纤维这3种不同维度的木基材料出发,分别总结了其在储能领域最新研究进展,探讨了这些材料的结构特性与电化学性能间的关联响应机制。基于不同树种实体木材的结构差异,比较分析了直接炭化、炭化后再活化改性的实体木材储能材料性能特征及对电化学储能的影响规律,进一步讨论了实体木材一体化储能器件的思路与创新。在木质纤维储能材料方面,总结分析了以单根纤维及纤维聚集体为起始单元的不同储能材料的结构性能特点,重点探讨了在柔性电极材料方面的应用前景。基于木质纳米纤维天然可控网状结构优势,主要分析了纳米纤维炭气凝胶在储能材料领域的应用特点。最后,展望了木基储能材料所面临的机遇挑战,以及未来需要重点关注的研究方向。     

木材耐久性超疏水表面构建研究进展

木材作为一种天然可再生材料,富含亲水性基团且孔隙结构发达,因而具有很强的吸湿/水能力,易发生变形、开裂、腐朽等问题。基于“荷叶效应”原理,仿生构建木材超疏水表面是有效隔离木材与水分接触,赋予木材防水、防污、自清洁等优良特性的木材功能性改良新途径。然而超疏水木材在实际应用中不可避免地要受到刮擦磨损、阳光辐射、化学腐蚀等外界因素的影响,容易造成表面微/纳米粗糙结构的破坏或低表面能物质的降解,从而导致超疏水性能的降低或丧失,限制了超疏水木材的实际应用,因此设法提高木材表面超疏水涂层的机械稳定性和耐久性是亟待解决的关键问题。笔者首先分析了木材超疏水表面耐久性差的主要原因,介绍了木材超疏水表面耐久性能的测试方法,重点综述了木材耐久性超疏水表面的构建策略及其最新研究进展,最后对超疏水木材研究中存在的一些问题及发展趋势进行了总结和展望。     

木基电磁屏蔽/吸波材料研究进展

生命健康、精密仪器和国防信息等领域对电磁屏蔽/吸波材料均有迫切的需求,但传统金属基电磁屏蔽/吸波材料存在屏蔽效能质量比低、易造成二次环境污染和屏蔽机理单一等不足,而新型碳基纳米电磁屏蔽/吸波材料制备烦琐、价格昂贵。木材及其衍生品具有多级孔结构、强重比高、绿色低碳、易加工、可再生等天然优势,开发轻质、环境友好的木基电磁屏蔽/吸波材料逐渐成为研究热点。系统分析和讨论了国内外木基电磁屏蔽/吸波材料的研究进展,介绍了电磁屏蔽材料的基本概念和原理,对比了涂层型、填充型、碳化型3种制备方法的特点及适用范围,总结了制备工艺、孔隙结构、导电/磁性填充组分等因素对电磁屏蔽和吸波性能的影响,并分析了木基电磁屏蔽/吸波材料中的电磁屏蔽机理和吸波机制,以及木质材料的各向异性结构对屏蔽性能的调控机制,最后对木基电磁屏蔽/吸波材料的未来发展趋势和研究重点进行了展望,可为木基电磁屏蔽/吸波材料的研发提供一定参考。     

木基发光材料研究进展

随着资源的消耗以及人类可持续性发展意识的增强,木材等绿色资源的功能化改性及应用日益受到人们关注.木基发光材料综合了木基复合材料和发光材料的优势,以木材为载体,通过浸渍发光材料获得具有发光性能的功能性木材,其在一定程度上保留了木材的基本结构特征,并改善了木材的尺寸稳定性、防腐防潮性和力学性能等,还可以通过添加其他功能性材...     

正交胶合木胶合性能研究现状及展望

胶合性能是胶合木制品的重要性能之一。在正交胶合木（CLT）中木材特征、胶黏剂性能以及木材与胶黏剂之间界面性能共同决定了正交胶合木的胶合性能。木材作为一种天然各向异性材料,其纹理方向不同,造成组坯方式对于胶合性能影响巨大。在胶合性能测试中,取样尺寸、取样形状对于胶合性能的测试结果都有一定的影响。胶合界面性能表征方面的研究正逐渐兴起,但是针对CLT胶合界面性能表征的相关研究报道并不多。有关CLT胶合的研究多集中在胶黏剂和胶合工艺方面,而针对不同锯材单元的特性对胶合性能尤其是耐久性影响的研究尚少有报道。文中基于现有研究对CLT胶合界面性能影响因素进行总结,梳理对比CLT胶合性能测试方法以及胶合界面性能表征技术,并对今后研究方向提出意见和建议。     

木材功能化研究新进展

木材不仅仅是一种具有可持续、可再生、可生物降解的环境友好型材料,同时具有多级的层次结构、优良的各向异性、多样的化学性能等优点。随着纳米技术及其他先进技术的发展,通过简单的设计制备方法,直接对木材进行自上而下的组装,得到具有功能性的木质材料,打破了木材在实际应用上的局限性,并有希望替代传统的玻璃、塑料等难降解材料。笔者综述了在原木基础上通过对木材成分去除、孔道修饰以及高温碳化等方法处理,赋予木材在不同领域以新应用的相关研究成果;介绍了近年来功能性木材在污水处理、太阳能海水淡化、储能元件、电子器件以及建筑上的应用,并对在应用过程中亟待解决的问题进行了分析;最后对木材科学的发展提出了自己的观点,认为虽然木材在应用上取得了较大突破,但在基础研究上还需要更加深入,木质功能材料走向商业化还面临很大挑战。     

木质功能材料的创新与应用

什么是木质功能材料 木质功能材料是以天然木质材料为基体,通过表面修饰、复合、界面修饰、接枝共聚等改性手段,将功能体直接复合或者通过介质的作用导入到木材内部,与木材有关成分的分子结构中活性基团发生作用,赋予木材阻燃、隔音、电热、屏蔽等新功能特性的材料,是传统木材的创新和提升.     

聚合法制备木基聚苯胺半导体薄木的主要特性

通过对木质单板真空浸渍苯胺单体,然后使其在氧化剂和不同浓度的掺杂剂磷酸的作用下发生原位聚合反应而制备成木基聚苯胺半导体材料,此复合材料既具有聚苯胺的导电性,又具有木质材料的天然特征。光学电镜和扫描电镜显示,聚苯胺均匀地分散在木质基材中。木材的质量增加率和体积膨胀率分别为16.13%和6.21%,而且吸水率显著降低。傅里叶变换红外光谱显示苯胺单体在木质基材中发生了原位聚合反应,而且氨基与木材的羟基发生了接枝反应,与木材基质形成了紧密的界面结合。X-射线衍射分析发现,木质纤维素晶区的晶格并未遭到破坏,而木质纤维素的相对结晶度有所增加。通过改变掺杂剂的浓度,木基聚苯胺复合材料的电导率可达2.57×10-5~9.23×10-3S/cm,完全符合制备电磁屏蔽材料的电导率要求。     

木材胶合界面微观结构样品制备新方法——激光烧蚀技术

【目的】分析激光烧蚀技术对木材胶合界面样品表面及微观结构的影响,为木基复合材料样品微观结构检测等相关领域研究提供一种简单可行的样品制备方法。【方法】以柳杉木材/脲醛树脂(UF)胶合界面和柳杉木材/聚醋酸乙烯酯(PVAc)胶合界面为研究对象,采用切片制样和激光烧蚀2种方法对样品进行处理,利用扫描电镜观察处理后的样品表面及微观结构。【结果】切片制样过程中的机械切割使得样品表面出现毛刺和刀痕,细胞形态发生变化甚至破碎。柳杉/UF样品胶层发生断裂,并且胶层附近的管胞出现破碎现象,既不利于观察胶层形态,也不利于检测胶黏剂与木材细胞壁之间的结合。柳杉/PVAc样品胶层有撕扯现象,但对于观察和分析界面结构的影响程度不大。激光烧蚀样品表面出现一些木材或胶黏剂小颗粒溅射的痕迹,尤其以胶黏剂区域和晚材区域较为明显。除划痕缺陷外,激光烧蚀还会导致部分离胶层一定距离的早材管胞破碎且有碎屑残留在细胞腔内,但这些缺陷并不影响胶合界面微观结构的观察,如胶黏剂在木材细胞中的分布、胶层区域的形貌以及胶黏剂与细胞壁之间的界面相容性等。激光烧蚀方法还适用于研究不同压力下胶合界面微观缺陷的变化规律,随着压力增加,柳杉/UF胶合界面上的胶层孔洞以及胶黏剂与木材细胞壁之间的缝隙数量逐渐减少,尺寸逐渐减小,但当压力增至1.2 MPa时,木材细胞壁开始出现细微裂纹,胶黏剂与细胞壁之间也开始出现裂隙。【结论】与切片制样方法相比,激光烧蚀方法不需任何预处理,并且对样品尺寸没有限制,所耗时长与样品尺寸及其密度呈正比,适用性广,可为其他木基复合材料胶合界面微观结构的研究提供技术支持。     

木基相变蓄热材料研究进展

相变蓄热材料有助于节能和能源的可持续利用,缓解能源危机。木材虽具有调节温度的功能,但远未达到作为相变蓄热材料的要求,因此通常需要与其他相变材料进行复合制备木基相变蓄热材料。文中介绍了几种常与木材复合的相变材料（石蜡、聚乙二醇、脂肪酸）,并对这些材料的特性和应用范围进行了比较;在此基础上概述了木基相变蓄热材料的研究现状,包括实木相变蓄热材料、木质复合相变蓄热材料和木塑相变蓄热材料,并阐述了各类材料的制备方法、性能特点和应用领域;对木基蓄热相变材料未来研究方向进行了展望。     

等离子体处理对6种木材表面润湿性能的影响

【目的】基于现有大量空气等离子体对人工林木材表面改性的研究,采用不同气体辉光放电等离子体对3种人工林和3种天然林木材进行改性处理,对比研究其对木材表面润湿性能的影响,为常压空气等离子体处理木材表面的工业化生产提供理论支持,为等离子体在不同木材表面改性的应用奠定理论基础。【方法】采用空气(Air)、氧气(O2)、氮气(N2)、氩气(Ar)和氦气(He)5种气体辉光放电低温等离子体分别处理山杨、云杉、蓝桉3种人工林木材和实木制品及木质制品表面饰面常用的红栎、白桦和黑胡桃3种天然林木材,测试计算不同等离子体处理条件下木材的接触角和表面自由能,以及经氮气等离子体不同时间处理后木材的表面水接触角,研究不同气体辉光放电低温等离子体对不同材质木材表面润湿性能的影响。【结果】木材表面经空气、氦气、氩气、氮气和氧气5种气体等离子体处理后,表面与水、二碘甲烷的接触角均明显减小,表面自由能增大,润湿性得到显著改善。试验条件下,氦气等离子体处理对云杉、山杨木材表面润湿性能影响最大,而蓝桉、红栎、白桦和黑胡桃木材均为氩气等离子体处理后的表面接触角降幅最大,表面自由能增大明显。等离子体处理时间对木材表面润湿性影响相对较大,一般人工林木材以3 min为宜,天然木材以4 min为宜。【结论】不同气体等离子体处理木材表面后,木材表面润湿性能均得到改善,且以空气作为等离子体处理气体的润湿效果相对较好。在实际生产应用中,可采用空气等离子体处理提高木材及木基复合材料间的胶合、接枝等性能。     

废热耦合光伏利用海水蒸馏箱的设计研究

为降低海上渔船淡水的负载量,设计了一个简易高效、节能绿色的小型海水淡化装置。装置由外加保温材料的蒸馏箱、热回收盘管、加热盘管、鼓泡器、海水喷淋头、太阳能电池板及蓄电池、海水泵、空气泵、集水槽、淡水箱、过滤器、散热肋片、无动力风帽等部件组成,利用渔船发动机尾气废热作为海水淡化的主要热源,提供海水蒸发时所需温度,利用太阳能电池板给蓄电池充电,供给海水泵、空气泵等所需动力,同时在装置顶部设置无动力风帽和散热肋片加速冷却顶板的冷凝效率。该装置小型化设计,适应性强,能量回收利用效率高,可以直接按放在渔船上,在海水淡化领域具有很好的商品化应用前景。     

锯材种类与切面对UV喷绘涂层性能的影响

近年来,高效环保的UV数码喷绘技术已逐渐应用于家具板材的表面装饰。研究木质基材对于喷绘性能与效果的影响将为基材的选择与改性提供理论支持。选取3种代表性实木锯材:樟子松、桦木、白蜡木,分析其解剖结构与表面特性,包括基材的表面粗糙度、表面湿润性、SEM形貌及BET比表面积、孔径等对UV喷绘涂层的光泽度、附着力、耐磨性的影响;表征涂层与基材结合界面的形貌与化学结构,探索界面结合机制。结果表明:樟子松管胞与介孔含量高,导致横切面粗糙度最大,喷绘涂层光泽度差;桦木本身颜色暗淡、明度低,导致涂层颜色偏暗;白蜡木横切面的湿润性较好,喷绘后涂层附着力高达1级;同时各锯材横切面由于管胞、导管的影响导致喷绘涂层显现出生长轮的形状;界面分析结果证实,油墨并没有与木材发生化学反应,喷绘图案与木材的界面结合是以范德华力为主的机械锚钉结构。因此,对实木材料进行UV喷绘时,应选择材色较浅、明度较高的基材,如需打印涂层遮盖木材纹理,则应同时考虑选择孔含量较少、较小且分布均匀的基材。     

木材损伤断裂与木材细观损伤基本构元

木材承载时细观结构上的损伤会在木材中扩展,并且损伤和缺陷在载荷下的演化行为决定着木材的宏观力学行为.木材的细观损伤基元可以归纳为4类:1)胞、壁层间界面损伤;2)细胞壁屈曲与局部塌溃损伤带;3)微孔洞损伤与汇合;4)微裂隙损伤(区).追踪分析木材从变形、损伤到断裂破坏的全过程,探明微结构演化与宏观行为关系,有助于揭示木材破坏的机制,并从中获得新的木材构造与其强韧功能相互关系的认识,对研发能够克服木材缺点、具有特殊强韧性能的新型木基复合材料具有重要指导意义.     

阻尼涂饰意杨胶合板的表面性能

针对防滑防振型结构胶合板的开发,探索采用阻尼涂料对意杨胶合板进行表面涂饰处理,以构建新型木基阻尼结构体系。试验了自由型和约束型两种阻尼结构,全面分析了阻尼涂饰意杨胶合板的涂层附着力、涂层界面、摩擦系数、耐磨性、硬度和耐冲击等性能。研究结果表明:总体而言,阻尼涂饰能在确保良好界面结合的基础上,赋予胶合板优异的表面性能。阻尼涂料能有效渗透入意杨木材,形成紧密的结合界面。阻尼涂饰胶合板的表面防滑性能和耐磨性能均优于常规MF浸渍纸饰面板,表面布氏硬度和抗冲击性能优于意杨胶合板素板,其中布氏硬度达到44.02~51.97 MPa,冲击强度最高达到30.71 k J/m~2。综合考虑,建议采用自由型阻尼结构,阻尼涂料厚度控制在约1.5~2.0 mm。以上研究结果对于开发功能型胶合板新产品具有显著的参考价值。     

木材抽提物与木材胶合性能浅析

木材抽提物是指木材中除了构成细胞壁的纤维素、半纤维素和木质素以外,由中性有机溶剂或水抽提出来的物质的总称。尽管它们不是木材组织的结构物质,且大多含量不高,但木材抽提物成分和数量的变化,对于木材的材性有着重要的影响。笔者仅就抽提物对木材胶合性能的影响和生产工艺中应采取的措施作一分析。一、抽提物污染了水质材料界面水质材料界面特性性对予木材胶合性能的好坏,影响极大。木质材料界面的污染物,常常妨碍涂胶时咬液向木材表面扩散,导致胶层固化不良,降低胶合强度。抽提物质是引起太质材料界面污染的主要来源。