纳米Cu/ZnO镀层木基复合材料的制备及其物理特性研究
发布时间：2020-12-07 22:08
近年来,高效性、环保性和多功能性的木材改良技术越来越受到青睐。无机纳米材料在力学、热学、光学、电学、磁学以及化学性质等方面存在着诸多的奇异特性。将各种无机纳米材料与木材复合,制备多功能性的木基无机纳米复合材料,对木材功能性改良、拓展木材应用领域和提高附加值等都具有重要的研究价值和实际意义。然而,传统化学方法会造成木材成分降解、体积收缩及其它杂质混入,对木材的天然性破坏较大;还存在着制备工艺复杂、污染环境、不安全、危害人体健康等一系列问题。针对上述传统化学方法存在问题,本论文以31年树龄的樟子松木材单板为基材,采用封闭剂和超声波等处理木材单板,利用磁控溅射法在木材单板表面生长Cu薄膜和ZnO薄膜,实现纳米Cu/ZnO镀层木基复合材料的制备;并利用纳米压痕仪、方块电阻测试仪、接触角测量仪、分光测色仪、X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）和X射线能谱仪等对纳米Cu/ZnO镀层木基复合材料的结构、力学性能、导电性能、润湿性能、抗老化性能、表面形貌和表面元素等进行表征。探讨不同溅射时间对木材单板金属化结构和物理性能渐变过程的影响;研究磁控溅射基底温度和超声波处理木材对镀铜木材单板物理性能的...
【文章来源】：东北林业大学黑龙江省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：125 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１纤维素的结晶区和非结晶区??ｉ．?１－１?Ｃｒｓａｎｅ?ａｎａｍｏｒｈｏｕｓ?ｒｅｏｎｓ?ｏｃｅｕｌｏｓｅ??
密外界的水分子（包括其它物质分子）通常很难进入排列紧密的结晶区；而不平行、排??列不整齐的区域称为无定形区，也叫非结晶区，结晶区与无定形区没有特别明显的界??限。如图１－１所示纤维素的分子链的长度可达到５０００ｎｍ，可以穿过几个结晶区和非结??晶区。由无定性物构成了半纤维素（高分子聚合物），它具有支链结构，聚合度较低，??能够形成容易发生化学反应非结晶区。木质素也属于无定型物质，它是由苯基丙烷基本??结构所组成的，属于芳香族的高分子化合物，其化学成分和结构较复杂，造纸、制浆等??工艺与木质素的软化塑化、溶解和分离等性质密切相关。总之，构成木材（细胞壁和胞??间层）的三大高分子化合物的结构、化学基团等决定木材的物理、化学等性质，对木材??的加工工艺和利用都有着重要影响。??图１－１纤维素的结晶区和非结晶区??Ｆｉｇ．?１－１?Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ?ａｎｄ?ａｍｏｒｐｈｏｕｓ?ｒｅｇｉｏｎｓ?ｏｆ?ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ??１．２．３木材的多孔性结构及改性机理??木材是一种具有多孔隙结构的天然材料，构成木材主要成分的三大高分子材料之间??是相互交错相连的，形成了具有多孔通道的骨架结构［２４］。木材的微观结构如图１－２所??示
大密度和较高强度的材料。木材压密化处理其弹性模量、硬度等力学性能增强，变形较??小，具有较好的耐磨性、耐久性，改善了木材原有的物理性能，赋予了木材的更多的使??用价值。如图１－３所示为压密化处理木材，胡良兵团队利用压密化、碳化等处理方法使??天然木材完全致密化，形成高度排列的纳米纤维，制成了比钢还硬的超级木材，而且这??种超级木材的质量要比钢小很多，得到同行专家广泛认可，并认为该超级木材会有广阔??应用前景［３５］。利用热处理会使木材的羟基数量减少，从而提高了木材的疏水、耐腐、尺??寸稳定等性能。但是压密化法处理木材的外力撤销后会有回弹现象产生，木材细胞壁原??有组分会因高温产生结构重组和降解，可见，压密化法处理木材技术还存在一定问题。??另外，热处理要考虑加热介质和木材树种的因素，还应根据木材用途来调整加工工艺。??目前木材热处理技术已经在地板、建筑、装饰材料、家具、船业、桑拿房得到了广泛应??用，也有较好的应用前景，但热处理方法会木材变色和脆性问题还需要进一步的研究和??解决。??－４?－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]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[J]. 李景奎,王亚男,牟洪波,戚大伟. 北京林业大学学报. 2019(01)
[2]荧光显微镜自组实验设计[J]. 刘东奇. 物理实验. 2018(09)
[3]世界森林面积正日益缩减[J]. 陈超然,王刊. 生态经济. 2018(09)
[4]木基导电电磁屏蔽材料的研究进展[J]. 王丽,王哲,宁国艳,沈玉林,王喜明. 材料导报. 2018(13)
[5]浸渍后处理及干燥处理对木材树脂浸渍改性效果的影响[J]. 徐康,吕建雄,刘君良,吴义强,李贤军. 林业科学. 2018(04)
[6]等离子体处理对6种木材表面润湿性能的影响[J]. 彭晓瑞,张占宽. 林业科学. 2018(01)
[7]超声波辅助纳米Ag/TiO2浸渍木材的化学改性与微观构造表征[J]. 林琳,庞瑶,刘毅,郭洪武,张仲凤. 林业科学. 2017(12)
[8]木材表面组装PEI/纳米ZrO2/FAS复合薄膜及其性能[J]. 张国正,于海鹏,刘一星. 林业工程学报. 2017(03)
[9]2016年我国木材消费量和资源分析[J]. 陈水合. 中国林业产业. 2017(05)
[10]木材表面等离子体刻蚀和沉积碳氟薄膜的超疏水性[J]. 解林坤,郑绍江,杜官本. 林业科学. 2017(04)
博士论文
[1]复合改性剂对速生杨木和椿木改性效应及机理研究[D]. 郎倩.北京林业大学 2016
[2]新型化学镀法制备木质电磁屏蔽材料的研究[D]. 孙丽丽.东北林业大学 2013
[3]木材—有机—无机杂化纳米复合材料研究[D]. 李永峰.东北林业大学 2012
[4]外负载无机纳米/木材功能型材料的低温水热共溶剂法可控制备及性能研究[D]. 孙庆丰.东北林业大学 2012
[5]木基纳米复合材料加工工艺及光催化性能研究[D]. 程大莉.南京林业大学 2010
[6]木材化学镀镍及木质电磁屏蔽材料的制备[D]. 黄金田.北京林业大学 2004
硕士论文
[1]木材表面层积组装有机/无机纳米膜层的制备及性能研究[D]. 张国正.东北林业大学 2017
[2]蔗糖/氮羟甲基树脂改性木材的涂饰、老化、防霉性能研究[D]. 袁沛沛.东北林业大学 2016
[3]DMDHEU对速生杨化学改良及机理研究[D]. 毕增.北京林业大学 2015
[4]木质电磁屏蔽材料的研究[D]. 邱帖轶.中国林业科学研究院 2008
本文编号：2903972
【文章来源】：东北林业大学黑龙江省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：125 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１纤维素的结晶区和非结晶区??ｉ．?１－１?Ｃｒｓａｎｅ?ａｎａｍｏｒｈｏｕｓ?ｒｅｏｎｓ?ｏｃｅｕｌｏｓｅ??
密外界的水分子（包括其它物质分子）通常很难进入排列紧密的结晶区；而不平行、排??列不整齐的区域称为无定形区，也叫非结晶区，结晶区与无定形区没有特别明显的界??限。如图１－１所示纤维素的分子链的长度可达到５０００ｎｍ，可以穿过几个结晶区和非结??晶区。由无定性物构成了半纤维素（高分子聚合物），它具有支链结构，聚合度较低，??能够形成容易发生化学反应非结晶区。木质素也属于无定型物质，它是由苯基丙烷基本??结构所组成的，属于芳香族的高分子化合物，其化学成分和结构较复杂，造纸、制浆等??工艺与木质素的软化塑化、溶解和分离等性质密切相关。总之，构成木材（细胞壁和胞??间层）的三大高分子化合物的结构、化学基团等决定木材的物理、化学等性质，对木材??的加工工艺和利用都有着重要影响。??图１－１纤维素的结晶区和非结晶区??Ｆｉｇ．?１－１?Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ?ａｎｄ?ａｍｏｒｐｈｏｕｓ?ｒｅｇｉｏｎｓ?ｏｆ?ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ??１．２．３木材的多孔性结构及改性机理??木材是一种具有多孔隙结构的天然材料，构成木材主要成分的三大高分子材料之间??是相互交错相连的，形成了具有多孔通道的骨架结构［２４］。木材的微观结构如图１－２所??示
大密度和较高强度的材料。木材压密化处理其弹性模量、硬度等力学性能增强，变形较??小，具有较好的耐磨性、耐久性，改善了木材原有的物理性能，赋予了木材的更多的使??用价值。如图１－３所示为压密化处理木材，胡良兵团队利用压密化、碳化等处理方法使??天然木材完全致密化，形成高度排列的纳米纤维，制成了比钢还硬的超级木材，而且这??种超级木材的质量要比钢小很多，得到同行专家广泛认可，并认为该超级木材会有广阔??应用前景［３５］。利用热处理会使木材的羟基数量减少，从而提高了木材的疏水、耐腐、尺??寸稳定等性能。但是压密化法处理木材的外力撤销后会有回弹现象产生，木材细胞壁原??有组分会因高温产生结构重组和降解，可见，压密化法处理木材技术还存在一定问题。??另外，热处理要考虑加热介质和木材树种的因素，还应根据木材用途来调整加工工艺。??目前木材热处理技术已经在地板、建筑、装饰材料、家具、船业、桑拿房得到了广泛应??用，也有较好的应用前景，但热处理方法会木材变色和脆性问题还需要进一步的研究和??解决。??－４?－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]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[J]. 李景奎,王亚男,牟洪波,戚大伟. 北京林业大学学报. 2019(01)
[2]荧光显微镜自组实验设计[J]. 刘东奇. 物理实验. 2018(09)
[3]世界森林面积正日益缩减[J]. 陈超然,王刊. 生态经济. 2018(09)
[4]木基导电电磁屏蔽材料的研究进展[J]. 王丽,王哲,宁国艳,沈玉林,王喜明. 材料导报. 2018(13)
[5]浸渍后处理及干燥处理对木材树脂浸渍改性效果的影响[J]. 徐康,吕建雄,刘君良,吴义强,李贤军. 林业科学. 2018(04)
[6]等离子体处理对6种木材表面润湿性能的影响[J]. 彭晓瑞,张占宽. 林业科学. 2018(01)
[7]超声波辅助纳米Ag/TiO2浸渍木材的化学改性与微观构造表征[J]. 林琳,庞瑶,刘毅,郭洪武,张仲凤. 林业科学. 2017(12)
[8]木材表面组装PEI/纳米ZrO2/FAS复合薄膜及其性能[J]. 张国正,于海鹏,刘一星. 林业工程学报. 2017(03)
[9]2016年我国木材消费量和资源分析[J]. 陈水合. 中国林业产业. 2017(05)
[10]木材表面等离子体刻蚀和沉积碳氟薄膜的超疏水性[J]. 解林坤,郑绍江,杜官本. 林业科学. 2017(04)
博士论文
[1]复合改性剂对速生杨木和椿木改性效应及机理研究[D]. 郎倩.北京林业大学 2016
[2]新型化学镀法制备木质电磁屏蔽材料的研究[D]. 孙丽丽.东北林业大学 2013
[3]木材—有机—无机杂化纳米复合材料研究[D]. 李永峰.东北林业大学 2012
[4]外负载无机纳米/木材功能型材料的低温水热共溶剂法可控制备及性能研究[D]. 孙庆丰.东北林业大学 2012
[5]木基纳米复合材料加工工艺及光催化性能研究[D]. 程大莉.南京林业大学 2010
[6]木材化学镀镍及木质电磁屏蔽材料的制备[D]. 黄金田.北京林业大学 2004
硕士论文
[1]木材表面层积组装有机/无机纳米膜层的制备及性能研究[D]. 张国正.东北林业大学 2017
[2]蔗糖/氮羟甲基树脂改性木材的涂饰、老化、防霉性能研究[D]. 袁沛沛.东北林业大学 2016
[3]DMDHEU对速生杨化学改良及机理研究[D]. 毕增.北京林业大学 2015
[4]木质电磁屏蔽材料的研究[D]. 邱帖轶.中国林业科学研究院 2008
本文编号：2903972
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