杉木木质化过程特异表达基因文库的构建与分析

研究木质部木质化过程及其生物学特性对于了解木本植物水分和矿物质的吸收及运输机制、木材形成的遗传控制、改良材性及提高木材生长量具有十分重要的意义。为了获得杉木木质化过程中特异表达的基因,本研究利用抑制差减杂交技术,以杉木突变体独干杉无性系为测试方(Tester),正常的句容0号无性系为驱动方(Driver),构建了正向和反向两个差减文库,分别获得了618和409个克隆。利用通用引物T7和SP6进行PCR及EcoRⅠ酶切鉴定文库重组子,结果证明所构建的文库符合要求,具有代表性。该文库的成功构建为获得杉木木质化过程中特异表达的基因及深入了解木本植物木质化的机理奠定了基础。     

东方百合鳞茎快速增长的组培体系研究

以东方百合栽培品种‘Sorbonne’和‘Siberia’的组培苗为试验材料,研究了蔗糖、6-BA、IAA、PP333及活性炭（AC）的添加浓度对组培苗小鳞茎增重和直径生长的影响;结果表明：80g／L蔗糖浓度有利于‘Sorbonne’和‘Siberia’组培苗小鳞茎增重;6-BA浓度为0．2mg／L、IAA浓度为0．5和1．0mg／L时‘Sorbonne’和‘Siberia’组培苗小鳞茎平均直径增加最大,分别为120．7％和138．0％;PP333浓度达3．2mg／L和1．6mg／L时,‘Sorbonne’和‘Siberia’的组培苗小鳞茎平均直径增加最大,分别达到505．7％和211．3％;AC浓度达到2．0g／L时‘Sorbonne’试管苗小鳞茎平均直径增加最大,浓度达到4．0g／L‘Siberia’组培苗小鳞茎平均直径增加最大,分别为194．7％和220．3％。     

木质素基碳点和石墨烯量子点制备方法研究进展

碳点(CDs)和石墨烯量子点(GQDs)由于结构稳定、环境友好、水分散性和生物相容性良好、易于功能化改性和可光致发光等优点已成为备受关注的零维碳纳米材料,有望广泛应用于生化指示、生物医学、储能、显示器件和催化等前沿领域。近年来,相比于传统的化石燃料基化合物,来自可再生生物质的木质素及其衍生物不仅价廉易得、活性基团丰富,而且具有天然芳香结构,已成为CDs和GQDs的重要前驱体。但是,已有报道对木质素的解聚机制认识不足,这也逐渐成为制约木质素基CDs和GQDs性能提升的瓶颈之一。因此,必须阐明木质素在相关工艺过程中发生解聚的化学本质,并明确杂原子掺杂与木质素基CDs和GQDs的激发依赖发光行为的内在联系。笔者首先介绍了木质素基CDs和GQDs的制备方法发展历程和潜在应用,同时对其结构和性质等进行评述,重点讨论并总结了制备具有出色激发依赖发光行为的木质素基CDs和GQDs的技术难点,认为开发一类适用于普遍性木质素原料的高效环保解聚策略,以及揭示木质素基CDs和GQDs的杂原子掺杂与其激发依赖发光行为的关联机理将成为该领域今后的重点研究方向。     

PEI/APP改性脲醛树脂制备阻燃胶合板及性能

以聚乙烯亚胺(PEI)为改性剂处理聚磷酸铵(APP)制备得到APP@PEI阻燃体系,并将其加入到脲醛树脂(UF)中,制备阻燃胶合板。研究了APP@PEI对UF胶黏剂理化性能的影响,并进一步探讨其对胶合性能及阻燃性能的影响。结果表明:APP、PEI和APP@PEI对UF的黏度、pH和固化时间均有影响。当APP添加量为10%时,UF的黏度由3.843 Pa·s上升至8.270 Pa·s,pH降至5.67,固化时间由91 s降至87 s;当PEI添加量为0.91%时,由于UF体系中支化和交联程度增加,黏度上升至41.433 Pa·s,pH和固化时间分别提升至9.91和116.3 s;而APP@PEI能降低对UF各项性能的影响,添加10%APP@PEI时UF的黏度、pH和固化时间分别为5.966 Pa·s、6.33和94.3 s。添加APP后,胶合板的胶合强度均低于Ⅱ类胶合板强度标准(0.7 MPa);添加PEI后,胶合板的胶合强度能够提升18%以上;APP@PEI添加量为10%时,胶合板的胶合强度达0.85 MPa,高于Ⅱ类胶合板强度标准要求。添加APP、PEI和APP@PEI对胶合板的阻燃性能有不同影响,单独添加PEI无法改善胶合板的阻燃性能,当APP和APP@PEI添加量为10%,15%和20%时,胶合板的极限氧指数(LOI)分别比未添加阻燃剂时提高0.8%,2.0%,2.5%和1.2%,2.2%,3.1%。     

轻型木结构墙体稳态传热性能及其保温材料影响比较

轻型木结构墙体的热工性能对建筑节能至关重要,其稳态传热性能是节能效率评估指标之一。工程调研发现,轻型木结构墙体墙骨柱热传递过程易产生冷热桥,改善墙体保温构造并通过试验测试,对得到不同构造的墙体传热系数等指标进行分析研究,有利于设计人员优选墙体设计参数、研发墙体新型保温材料。试验采用标定热箱法与热流计法相结合的试验方法——控温箱-热流计法对改善保温措施的墙体进行试验,分析了12种墙体试件的热流密度、传热系数、热阻以及日传热量参数,并与理论计算结果进行比较验证,试验结果与理论计算结果吻合性较好。研究发现:气凝胶毡放置在墙骨柱位置能够有效降低平均传热系数3.8%~15.0%,随厚度增加可逐渐减弱或消除墙骨柱冷热桥效应;聚苯乙烯保温板可有效降低传热系数32.4%~35.1%,墙体蓄热能力较好;纳米纤维保温材料可有效降低传热系数5.9%~8.7%,提高墙体冷热面温差,平衡室内温度。选取的3种保温材料中,聚苯乙烯保温板相比气凝胶毡和纳米纤维保温材料,对墙体整体热工性能的提升更为显著。     

竹材受弯构件增强技术的研究进展

竹材是一种可持续发展的生物质材料,其作为传统建筑材料有悠久的历史。现代竹结构使用力学性能更加优异的工程竹材作为原材料,可实现更加灵活的建筑形式和结构布局,但普通竹材受弯构件存在截面刚度低、承载力与跨越能力不足等问题,在一定程度上限制了竹结构的应用,故研发竹构件增强技术具有重要意义。结合已有的竹材构件增强技术研究成果对其构造形式和力学性能进行系统阐述,主要包括配筋竹构件、工字形竹木组合构件、纤维复合材料(fibre-reinforced plastic,FRP)片材增强竹构件、竹-混凝土组合构件和竹-金属组合构件等。将竹材与金属、FRP及混凝土材料组合,其多种材料协调工作形成增强竹构件,增强竹构件的刚度、承载力等力学性能较普通竹构件有较大提升,能够更好地作为结构工程领域的承载构件使用。开发竹材受弯构件的更多有效增强形式、优化材料间连接构造形式、定量评价增强竹材构件的耐久性能、构建多样化的结构体系以及实现现代竹结构产业化发展等,应是未来竹材增强领域研究关注的重点方向。     

亚硫酸氢镁预处理麦秆木质素磺酸盐的性质和应用

木质纤维原料是一种丰富的可再生资源,其中木质素分子结构最为复杂,木质素的综合利用度成为木质纤维原料生物炼制商业化的瓶颈和关键。当前,我国商品木质素磺酸盐主要来源于亚硫酸盐制浆造纸废液,而源于生物炼制的木质素磺酸盐材料的研究和应用却鲜有报道。我国是农业大国,麦秆资源丰富,笔者对亚硫酸氢镁预处理麦秆木质素磺酸盐进行了性质和应用初步研究。结果表明:与市售商用木质素磺酸盐(CMLS)相比较,麦秆木质素磺酸盐(IELS)磺酸基团较高,酚羟基和羧基含量较低;重均分子量和数均分子量分别为3 456 u和2 842 u,分子量分布均一;对于微晶纤维素的酶解有促进作用,添加1.0 g/L IELS,酶解48 h纤维素酶解得率达72.3%,较空白组提高了7.7%;添加质量浓度2.0 g/L的超滤麦秆木质素磺酸盐(UFLS)可使甲基咪草烟(IMM)颗粒表面Zeta电位降至-30.3 mV;质量浓度2.0 g/L的UFLS液滴在IMM压片表面接触角为72.38°,易于在疏水材料上铺展开来。研究结果可为生物炼制来源木质素磺酸盐的资源化高效利用提供理论参考。     

软体水果采摘机械手系统设计分析与试验

为了解决传统刚性机械手在水果采摘方面交互性差和安全性低等问题,设计了一种软体采摘机械手及其控制系统。机械手由4个驱动手指和法兰盘组成,每个手指由硅胶材料注入3D打印的模具固化形成,具有结构简单、成本低、效率高以及交互性好等优点。在正压和负压驱动下,可实现向内、外两个方向弯曲,抓取过程中能够自动适应抓取物体的形状大小。利用ABAQUS有限元仿真对其弯曲特性进行仿真,分析各个结构参数对弯曲角度的影响,得出最优的结构参数,据此设计制造软体机械手样机。机械手控制系统主要包括电路系统和气路系统,电路系统采用Stm32单片机与Labview上位机软件通讯,控制气路中电磁阀和比例阀的工作状态,并实时显示充气压力;气路系统中的比例阀用于调节气压大小,真空发生器用于提供负压实现向外侧弯曲,并通过电磁阀切换气路的工作模式(正压/负压)。试验表明,研制的软体采摘机械手工作范围为0～60 kPa,能够抓取的最大负载大约为5.8 N,可实现对苹果、西红柿等水果的无损稳定抓取。     

基于高速摄影的板栗果实振动脱落特性分析

中国是世界板栗第一生产大国,但板栗的采收主要以人工采收为主,劳动强度大、效率低,机械振动采收的方式可有效提高板栗的采收效率。为研究板栗振动过程中的运动规律以及脱落特性,自制了果实振动脱落特性试验装置对板栗果实进行振动试验,利用高速摄影仪记录了果实振动全过程,并通过PCC软件对图像进行了跟踪、捕捉和分析。结果表明:板栗果实脱落分离方式复杂多样,主要有果柄与果枝分离脱落,以及板栗从栗苞中分离脱落的方式;板栗果实在不同激振参数组合下形成的水平与垂直响应位移差异较大,对应的响应运动轨迹也较多;水平激振模式下振幅5 mm、频率22 Hz,与振幅10 mm、频率6～10 Hz,以及垂直振动模式下振幅15mm、频率6 Hz,这些组合激振形式均能将成熟度Ⅰ和Ⅱ的果实实现选择性采收,且激振时间设置为5～8 s较合适。此研究为理解板栗振动采收机理提供了一定的理论指导。     

基于聚苯乙烯微球的木材表面仿生结构色涂层构筑

为探索木材表面的结构色装饰技术,以苯乙烯(St)为单体,采用乳液聚合法,探讨反应时间和引发剂过硫酸铵(APS)添加量对微球的影响,合成具有良好单分散性、结构均匀的聚苯乙烯(PSt)胶体微球,并通过热辅助重力沉积,使微球在木材表面自组装,形成具有仿生结构色的光子晶体涂层。通过对乳液中和干燥状态下的PSt胶体微球进行表征分析,发现胶体微球在乳液中的水合粒子直径大于干燥状态下的粒径。通过单因素试验得出,聚合时间为10 h, APS添加量为150 mg时,所获得的PSt胶体微球的单分散性最佳。同时研究发现,当APS添加量过低时,无法达到良好的引发效果,所合成微球的单分散性不佳。通过对木材表面的结构色涂层微观结构进行分析,发现单分散性好的PSt胶体微球在木材表面自组装能形成长程有序的光子晶体结构,展现出明亮的紫色,与涂层反射光谱峰值出现位置相对应。胶体微球粒径增大时,结构色涂层反射峰向更大波长红移。胶体微球的单分散性差及组装过程中的空间位阻作用会使涂层微观结构出现点、裂纹和错位等缺陷,弱化光子晶体的禁带特征,使木材表面涂层展现出的结构色效果不佳。