基于磁控溅射构建木质纳米复合材料及其功能化研究

发布时间：2022-02-17 16:14

　　木质材料是一种可再生的传统材料,具有质轻、强重比高、弹性好、耐冲击、易加工等优点。随着人口的增加、资源枯竭、生态环境破坏等因素的影响,优质木材资源逐步减少,成本大幅提高。低质人工林可缓解资源供应量不足,但速生材存在材质疏松、密度小、尺寸稳定性差、不耐腐等缺点。为达到低劣优用目的,功能改良是实现木质材料高效利用的重要手段。磁控溅射作为一种镀膜技术,其广泛应用在工业生产的各个领域。本论文通过这种成膜方法实现木质材料与金属、金属氧化物薄膜的物理粘附,利用各种手段,实现薄膜功能化,最终获得超疏水、超双疏、pH润湿响应、导电、力学等功能性质的木质基纳米复合材料。论文主要结果有以下几部分:（1）熟练掌握磁控溅射设备的操作方法,对溅射成膜机理、膜层的物理化学性质进行分析表征。结果表明:1)在竹材表面制备的Cu、Ni、Fe、Ti、Zn五种金属薄膜均呈现岛状生长模式,且膜层不均匀,有明显裂纹,Zn薄膜溅射颗粒尺寸最大。2)Fe薄膜以非晶态结构存在,Cu、Ni、Ti、Zn呈现多晶相结构,且显示一定择优取向。随着溅射功率的增大,中性金属粒子的活性增加,更易在基底扩散形成致密晶粒。3)尽管磁控溅射属于一种物理... 

【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】：121 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 木材功能改良
    1.2 气相沉积
        1.2.1 化学气相沉积(CVD)
        1.2.2 物理气相沉积(PVD)
        1.2.3 溅射靶材
    1.3 木材-金属复合材料
        1.3.1 化学镀
        1.3.2 浸渍填充法
        1.3.3 金属喷涂
        1.3.4 磁控溅射
    1.4 磁控溅射金属氧化物
        1.4.1 金属氧化物的制备
        1.4.2 金属氧化物的应用
    1.5 本论文的目的意义和研究内容
        1.5.1 目的意义
        1.5.2 研究内容
    1.6 论文创新点及设计路线
2 竹材表面直流溅射制备金属薄膜
    2.1 引言
    2.2 实验与方法
        2.2.1 实验材料
        2.2.2 实验方法
        2.2.3 表征测试与分析方法
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 表面形貌
        2.3.2 结晶特性分析
        2.3.3 XPS分析
        2.3.4 表面能分析
        2.3.5 原子力、3D非接触扫描轮廓测试
        2.3.6 膜层稳定性
    2.4 本章小结
3 竹材表面直流溅射Cu膜的超疏水化处理
    3.1 引言
    3.2 实验与方法
        3.2.1 实验原料
        3.2.2 实验方法
        3.2.3 实验表征
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 表面形貌
        3.3.2 结晶结构以及FTIR红外分析
        3.3.3 样品润湿性及机械稳定性测试
    3.4 本章小结
4 竹材表面直流溅射Cu膜的超双疏化处理
    4.1 引言
    4.2 实验与方法
        4.2.1 实验材料
        4.2.2 实验方法
        4.2.3 实验表征
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 表面形貌特性
        4.3.2 晶体结构测试
        4.3.3 FTIR和XPS测试
        4.3.4 润湿性和导电性测试
        4.3.5 机械稳定性测试
        4.3.6 形貌重复测试
    4.4 本章小结
5 木材表面直流溅射Cu膜的超疏水化处理
    5.1 引言
    5.2 实验与方法
        5.2.1 实验原料
        5.2.2 实验方法
        5.2.3 实验表征
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 表面形貌
        5.3.2 结晶特性分析
        5.3.3 红外特征分析
        5.3.4 样品表面润湿性
        5.3.5 机械以及化学稳定性
        5.3.6 pH润湿响应表面的构筑
        5.3.7 pH润湿响应样品表面的XPS分析
    5.4 本章小结
6 木材表面直流溅射Ti膜的力学性能研究
    6.1 引言
    6.2 实验与方法
        6.2.1 实验材料
        6.2.2 实验方法
        6.2.3 实验表征
    6.3 结果与讨论
        6.3.1 结晶特性
        6.3.2 动态力学分析
        6.3.3 AFM粗糙度分析
        6.3.4 XPS分析
        6.3.5 主观评价
    6.4 本章小结
7 木材表面直流溅射Cu膜的导电性研究
    7.1 引言
    7.2 实验与方法
        7.2.1 实验材料
        7.2.2 实验方法
        7.2.3 实验表征
    7.3 结果与讨论
        7.3.1 不同厚度Cu膜的表面形貌
        7.3.2 PDMS-木材表面3D形貌
        7.3.3 XRD分析
        7.3.4 导电性测试
    7.5 本章小结
8 木材表面射频溅射金属氧化物薄膜的结晶结构研究
    8.1 引言
    8.2 实验与方法
        8.2.1 实验材料
        8.2.2 实验方法
        8.2.3 实验表征
    8.3 结果与讨论
        8.3.1 不同厚度CuO结晶结构
        8.3.2 不同氩氧比制备的Cu_2O薄膜结晶结构
    8.4 本章小结
9 全文结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]不同厚度纳米Ti薄膜的力学性能[J]. 王海斗,董美伶,崔秀芳,邢志国,朱丽娜,刘金娜.  材料工程. 2015(11)
[2]大自然给予的启发——木材仿生科学刍议[J]. 李坚,孙庆丰.  中国工程科学. 2014(04)
[3]电弧喷涂金属层电化学性能研究[J]. 晁兵,严生贵,刘国彬.  热喷涂技术. 2013(03)
[4]机械零件的金属喷涂修复技术研究[J]. 杜绍辉.  硅谷. 2013(10)
[5]木材化学功能改良技术进展与产业现状[J]. 谢延军,符启良,王清文,王海刚.  林业科学. 2012(09)
[6]溅射沉积CuO薄膜的光学和电学特性[J]. 王俪蓉,刘卫国.  真空科学与技术学报. 2012(08)
[7]高温热处理对木材颜色变化影响综述[J]. 江京辉,吕建雄.  世界林业研究. 2012(01)
[8]竹材的纳米TiO2改性及抗菌防霉性能研究[J]. 孙丰波,余雁,江泽慧,任海青,王戈,刘杏娥.  光谱学与光谱分析. 2010(04)
[9]竹材的纳米TiO2改性及防光变色性能[J]. 江泽慧,孙丰波,余雁,任海青,王戈,田根林.  林业科学. 2010(02)
[10]超疏水表面微纳结构设计与制备及润湿行为调控（Ⅰ）[J]. 崔晓松,姚希,刘海华,方国平,李文,江雷.  中国材料进展. 2009(12)



本文编号：3629715