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木材孔隙连通性评价研究进展

林业科学 2022年第5期58卷 177-186页

作者：金枝李伯涛尹江苹陈倩付跃进吕斌中国林业科学研究院木材工业研究所北京100091

木材孔隙之间形成的互通网络结构是木材中水分迁移、药剂渗透的主要途径,对木材干燥、浸渍和改性等工艺质量起着决定性作用,也是影响木质产品吸音、保温和调湿等功能特性的重要因素。当前,木材孔隙结构评价指标主要包括孔隙度、孔径与... 详细信息

木材孔隙之间形成的互通网络结构是木材中水分迁移、药剂渗透的主要途径,对木材干燥、浸渍和改性等工艺质量起着决定性作用,也是影响木质产品吸音、保温和调湿等功能特性的重要因素。当前,木材孔隙结构评价指标主要包括孔隙度、孔径与孔径分布、孔体积、密度、比表面积、孔隙形貌和分形维数等,针对孔隙连通性评价尚未开展全面、系统探索。本文围绕吸附分析法、核磁共振法和计算机断层扫描三维成像法3类孔隙表征技术在木材孔隙及连通性评价方面的研究进行回顾与总结,并提出科学问题与展望,旨在进一步促进木材原料孔隙特征信息深度挖掘,为木材高效利用及其制品质量提升提供有力数据支撑。今后,应在以下方面开展更深入的实践:1)木材孔隙连通性评价体系构建,首先,形成木材孔隙连通性评价理论基础和研究方法,即对现有方法的适用性和准确性进行评估和验证,结合木材孔隙特征进一步修正理论模型并优化相应评价方法;其次,通过多种表征技术联合互补,完善评价范围及评价指标量化等研究内容,提高木材孔隙连通性评价体系的完整性与全面性。2)木材孔隙空间拓扑结构解译,木材孔隙分布与连通在纵、径、弦向各不相同,孔径大小差异大,形貌多样且交联互通程度不一,具有十分复杂的空间拓扑结构。木材孔隙连通性评价研究可为木材孔隙空间拓扑结构解译开拓新的空间,在充分提炼特征指标参数的基础上,结合数据挖掘技术,通过对特征指标数据间潜在关系及规则的深度解析实现木材孔隙空间拓扑结构的全面解译,促进传统表征技术及评价体系的升级和优化。

关键词：木材孔隙结构孔隙连通性孔隙表征技术

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木材用于水伏发电的研究进展

林业工程学报 2024年第3期9卷 1-9页

作者：郭明辉林作鹏杜文鑫东北林业大学生物质材料科学与技术教育部重点实验室哈尔滨150040

化石能源的过度使用带来能源枯竭与环境恶化问题,绿色可持续成为发展的首要目标。水能作为目前较为优质的清洁能源,其中一部分潜在的能量有待转化利用。近年来,水伏发电受到国内外学者的广泛关注,被认为是一种新兴的深度挖掘水能资源的... 详细信息

化石能源的过度使用带来能源枯竭与环境恶化问题,绿色可持续成为发展的首要目标。水能作为目前较为优质的清洁能源,其中一部分潜在的能量有待转化利用。近年来,水伏发电受到国内外学者的广泛关注,被认为是一种新兴的深度挖掘水能资源的手段,研究者们取得了一系列关于功能材料与水滴、水波、水蒸发与湿气等相互作用输出电能的研究成果。开发生物质基水伏发电材料有助于推动可再生能源的充分利用。木材是一种储量充足、可再生、易加工的材料,同时具有独特的多级孔道结构,内部富含极性基团,有良好的机械强度,因此木材在水伏发电领域具有一定应用前景。笔者总结了水伏发电技术的研究进展,阐述了水伏发电的理论基础,基于水伏效应的能量转换方式及其器件材料的选择,介绍了木材用作水伏发电器件材料的研究成果,归纳了研究者为提高水伏发电器件的输出功率,对木材进行表面修饰、孔道调控、材料负载、碳化处理的功能化改性方法,并对其面临的挑战与应用前景进行展望。

关键词：木材生物质水伏效应发电纳米材料功能化改性

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木材细胞壁纳米技术研究进展与展望

林业工程学报 2022年第5期7卷 1-11页

作者：卢芸梁振烜付宗营张世锋中国林业科学研究院木材工业研究所北京100091 北京林业大学材料科学与技术学院北京100083

木材是一种环保、可再生的天然生物质材料,面对日益严峻的环境污染和能源枯竭,木材作为一种负碳材料展现出巨大的发展潜力。木材细胞中的细胞壁作为实体结构与木材的性能密切相关,随着纳米技术和木材科学的发展,人们对木材细胞壁的超分... 详细信息

木材是一种环保、可再生的天然生物质材料,面对日益严峻的环境污染和能源枯竭,木材作为一种负碳材料展现出巨大的发展潜力。木材细胞中的细胞壁作为实体结构与木材的性能密切相关,随着纳米技术和木材科学的发展,人们对木材细胞壁的超分子构造和组分间互作机制的认识越来越深入,木材细胞壁纳米技术逐渐成为木材科学研究的热点。简述了木材细胞壁的多尺度层级结构、组分间相互作用及次生壁聚集体薄层的研究现状,从细胞壁组分、纤维素聚集态、孔隙结构、细胞形态、组织形态等方面综述了细胞壁纳米技术的调控机制,概述了木材及其衍生材料在通用建材、轻质结构材料、环境修复、能源存储与转化、纳米离子流体输导及光热管理等领域的应用。最后,针对目前研究的局限性及存在问题,在结构解译、调控技术、表征手段、学科融合、国家政策等方面对木材细胞壁纳米技术未来发展趋势进行展望,以期为实现木材的高值开发与创新利用提供理论支撑,推进我国生物经济高质量发展。

关键词：木材细胞壁细胞壁纳米技术多层级结构纳米组装调控机制

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木材的视觉刺激及人体心理生理响应研究进展

北京林业大学学报 2022年第6期44卷 156-166页

作者：张悦李超郭叶莹子赵广杰江苏农林职业技术学院风景园林学院江苏句容212400 浙江理工大学艺术与设计学院浙江杭州310018 北京林业大学材料科学与技术学院北京100083

木材是与人类生活密不可分的天然生物材料,其优良的美学特性被广泛地应用在家具以及建筑内外装饰领域。木材特有的颜色与纹理等外观特征将引起注目者的视觉刺激,进而引起心理和生理的响应过程。在木材的视觉刺激表征,以及心理生理响应... 详细信息

木材是与人类生活密不可分的天然生物材料,其优良的美学特性被广泛地应用在家具以及建筑内外装饰领域。木材特有的颜色与纹理等外观特征将引起注目者的视觉刺激,进而引起心理和生理的响应过程。在木材的视觉刺激表征,以及心理生理响应的试验测定与科学评价方面,研究多采用主观的问卷或评价量表来表达,近年来通过运用先进技术监测人体心理和生理指标为量化研究提供了新的视角与方法。本文为了进一步梳理木材视觉刺激引起的心理和生理响应活动,聚焦木材视觉特性研究领域,系统地归纳了国内外木材视觉刺激的表征方法,总结了由木材视觉刺激引起的人体心理和生理响应方面的主要研究内容及进展。在综合分析基础上,凝炼出该研究领域亟待解决的3个科学问题:木材视觉刺激引起人体心理生理响应过程的精准评价,多感官通道交互与协同作用机制,木质居住环境对人体心理生理健康的影响。旨在为木制品视觉设计或木质室内空间舒适感营造提供理论基础,并为今后开展木质环境学,尤其木材视觉特性领域的研究与应用提供技术性参照路径。

关键词：木材视觉刺激心理响应生理响应

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测试木材剪切模量的自由方板扭转模态法

林业科学 2023年第5期59卷 145-156页

作者：王正谷晓雨周宇昊张一凡沈肇雨黄俣劼南京林业大学材料科学与工程学院南京210037

【目的】提出一种动态测试木材主向剪切模量的新方法——自由方板扭转模态法,以扩大自由方板宽厚比的适用范围,为建筑工程、家具、室内装饰、交通、军事、乐器等行业的工程应用提供可靠支撑。【方法】首先根据自由方板特有的一阶扭转振... 详细信息

【目的】提出一种动态测试木材主向剪切模量的新方法——自由方板扭转模态法,以扩大自由方板宽厚比的适用范围,为建筑工程、家具、室内装饰、交通、军事、乐器等行业的工程应用提供可靠支撑。【方法】首先根据自由方板特有的一阶扭转振型特征和能量法,导出木材主向剪切模量与其自由方板一阶扭转频率之间的关系式;然后基于自由方板在不同树种和不同宽厚比时ANSYS计算的一阶扭转模态频率,进行仿真和回归分析,获得木材主向剪切模量与其自由方板一阶扭转频率之间的修正关系式(自由方板扭转模态法关系式)。【结果】木材自由方板扭转振型特征按自由方板长宽比划分为长宽比不小于3、长宽比=2和长宽比=1共3类;长宽比不小于3的自由方板扭转振型沿其长边曲线变化,沿其宽边直线变化;长宽比=1的自由方板扭转振型沿其长边直线变化,沿其宽边曲线变化;长宽比=2的自由方板扭转振型沿其长边和宽边均为曲线变化。【结论】自由方板扭转模态法测试木材主向剪切模量理论依据可靠,用于测试木材主向剪切模量适用的方板宽厚比,对弦向、径向和横向方板均在7~30范围内,可降低方板宽厚比限制条件;自由方板扭转模态法既适用于测试木材主向剪切模量,又适用于测试木质复合板材和各向同性材料的剪切模量,其有效性得到自由杆件扭转振动法和非对称四点弯曲法试验验证,且该方法具有试验操作简单、测试精度高的优点;理论分析和试验结果表明,传统自由方板扭转振动法测试木质复合板材和木材剪切模量偏低,其偏低程度与材料类别和方板宽厚比有关。

关键词：自由方板木材木质复合板材剪切模量扭转振型扭转频率测试

考虑地震应变率效应的木材三维弹塑性损伤本构模型及其数值实现

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土木工程学报 2023年第3期56卷 22-31,43页

作者：张利朋谢启芳刘伊津张保壮吴亚杰西安建筑科技大学土木工程学院陕西西安710055 西安建筑科技大学结构工程与抗震教育部重点实验室陕西西安710055

木结构在服役过程中可能遭遇地震作用,木材表现出明显的地震应变率敏感性,需要建立考虑地震应变率效应的木材非线性本构模型。文章系统梳理已有研究中木材在不同地震应变率水平、不同纹理方向的试验结果,分析其不同纹理方向考虑应变率... 详细信息

木结构在服役过程中可能遭遇地震作用,木材表现出明显的地震应变率敏感性,需要建立考虑地震应变率效应的木材非线性本构模型。文章系统梳理已有研究中木材在不同地震应变率水平、不同纹理方向的试验结果,分析其不同纹理方向考虑应变率影响的强度与弹性模量绝对值统计规律性,建立木材考虑地震应变率效应的强度与弹性模量地震应变率影响系数表征模型。在此基础上,基于连续介质损伤力学建立考虑地震应变率效应的木材三维弹塑性损伤本构模型,编写相应的UMAT子程序,并将其嵌入ABAQUS有限元软件中。采用所建立的弹塑性损伤本构模型对木材进行顺纹与横纹受压加载模拟,模型结果与试验结果吻合较好,验证了所建本构模型及UMAT子程序的正确性。研究成果可为木结构的抗震分析与评估提供更符合实际的本构模型支持。

关键词：木材地震应变率应变率敏感性弹塑性损伤本构模型 UMAT子程序

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钻孔导致孔边木材残余变形和弹塑性损伤研究

建筑结构学报 2023年第10期44卷 114-122页

作者：唐践扬宋晓滨郭宇宋胤恺同济大学建筑工程系上海200092 同济大学工程结构性能演化与控制教育部重点实验室上海200092 上海市建筑科学研究院有限公司上海市工程结构安全重点实验室上海200032

为研究胶合木钻孔加工产生的孔周塑性变形导致木材力学性能下降的问题,开展了木材钻孔损伤测试,通过数字图像相关法(digital image correlation,DIC)测量了木材钻孔导致的孔周残余应变,并基于木材弹塑性损伤本构模型得到了钻孔损伤因子... 详细信息

为研究胶合木钻孔加工产生的孔周塑性变形导致木材力学性能下降的问题,开展了木材钻孔损伤测试,通过数字图像相关法(digital image correlation,DIC)测量了木材钻孔导致的孔周残余应变,并基于木材弹塑性损伤本构模型得到了钻孔损伤因子,分析了转速、孔径和木材种类等参数对孔周木材损伤的分布宽度和角度的影响。结果表明:木材孔周残余应变分布区域、残余压应变最大值和损伤相对分布宽度、分布角度等均受转速的影响较大,而受孔径大小及木材种类的影响较小;低转速时,顺纹残余应变主要分布在1#和3#象限内,横纹残余应变主要分布在2#和4#象限内,剪切应变均匀分布在孔周,而高转速时残余应变在木材孔周分布较均匀;孔周最大残余压应变随转速增加而增加,最大增加282%;所测试的三种树种中,云杉的最大损伤相对分布宽度最大,花旗松的最大损伤相对分布宽度最小,且云杉-松-铁杉和花旗松的最大损伤相对宽度随孔径增加而减小最多达75%。

关键词：木材钻孔损伤数字图像相关法残余应变损伤因子

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木材表面耐久性超疏水涂层的制备及性能研究

木材科学与技术 2023年第5期37卷 38-46页

作者：吕栋李晓君王敏李坚詹先旭高丽坤生物质材料科学与技术教育部重点实验室(东北林业大学) 黑龙江哈尔滨150040 木质新型材料教育部工程研究中心(东北林业大学) 黑龙江哈尔滨150040 德华兔宝宝装饰新材股份有限公司浙江湖州313200

木材表面疏水处理是提升木材使用寿命的一种有效途径。研究采用喷涂法在木材表面构建十八烷基三甲氧基硅烷-无机颗粒-环氧树脂复合超疏水涂层,采用扫描电子显微镜、超景深三维显微系统、傅立叶变换红外光谱和接触角测试等方法对涂层表... 详细信息

木材表面疏水处理是提升木材使用寿命的一种有效途径。研究采用喷涂法在木材表面构建十八烷基三甲氧基硅烷-无机颗粒-环氧树脂复合超疏水涂层,采用扫描电子显微镜、超景深三维显微系统、傅立叶变换红外光谱和接触角测试等方法对涂层表面进行分析和表征,对比不同种类、粒径无机颗粒(二氧化钛、二氧化硅)和环氧树脂预聚物用量的涂层样品性能,优化涂层制备工艺。结果表明,优化工艺制备的涂层在经历20个周期的砂纸(1000目)磨损或20次胶带剥离后水接触角仍大于150°,超疏水性能稳定,涂层的大部分微纳结构得以保留,表现出良好的机械耐久性。

关键词：木材超疏水涂层无机颗粒环氧树脂耐磨性耐剥离性

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木材在电化学中的应用研究进展

化工进展 2021年第S02期40卷 203-210页

作者：高晨祥张珂刘春媛冯鑫霍鹏飞东北林业大学生物质材料科学与技术教育部重点实验室黑龙江哈尔滨150040 东北林业大学材料科学与工程学院黑龙江哈尔滨150040

木材具有发达的孔道结构和良好的机械性能,用木材制备的电极和电解质材料具备优异的电化学性能,成为了当下的研究热点。本文综述了近年来木材在电化学领域的研究进展,着重介绍了木材基电极和电解质材料的制备方法以及在电化学传感器、... 详细信息

木材具有发达的孔道结构和良好的机械性能,用木材制备的电极和电解质材料具备优异的电化学性能,成为了当下的研究热点。本文综述了近年来木材在电化学领域的研究进展,着重介绍了木材基电极和电解质材料的制备方法以及在电化学传感器、超级电容器和电池中的应用情况;分析了木材提高电极和电解质材料电化学性能的机理,指出木材发达的孔道结构能够有效吸附和传输电解质离子,是赋予材料优异电化学性能的关键。最后总结了木材在电化学领域中应用存在的问题,提出今后应加深对木材孔结构、孔形貌的设计和研究,高效利用木材的微观结构,丰富木材的改性方案。

关键词：木材生物质电化学电化学传感器超级电容器电池电极电解质