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基于扫描热显微镜的木材细胞壁导热特性

林业科学 2018年第1期54卷 105-110页

作者：徐德良徐朝阳丁涛张洋王思群南京林业大学材料科学与工程学院南京210037 美国田纳西大学再生碳中心诺克斯维尔379964570

【目的】基于扫描热显微镜(STh M)对木材细胞壁横切面和径切面进行扫描,研究木材微观尺度的导热特性,以获得木材细胞壁微观组成和构造对导热特性的影响机制。【方法】使用钻石刀对北美红栎试样进行显微切片以获得足够光滑的试样表面,制... 详细信息

【目的】基于扫描热显微镜(STh M)对木材细胞壁横切面和径切面进行扫描,研究木材微观尺度的导热特性,以获得木材细胞壁微观组成和构造对导热特性的影响机制。【方法】使用钻石刀对北美红栎试样进行显微切片以获得足够光滑的试样表面,制备符合扫描热显微镜和显微拉曼光谱测试要求的试样。采用扫描热显微镜的热传导对照模式对北美红栎纤维细胞区进行扫描成像。【结果】STh M测试结果表明,STh M探针在横切面对木材细胞壁进行扫描时,细胞壁胞间层和角隅区域的STh M探针电流强度明显低于S2层,即细胞壁胞间层和角隅区域的导热能力显著低于S2层;而在径切面,STh M探针扫描后细胞壁S2层和胞间层及角隅区域的探针电流差异不明显,即S2层、胞间层和角隅区域的导热能力未表现出明显差异。显微拉曼光谱测试结果表明,相比S2层,胞间层和角隅区域拉曼谱图中归属木质素的特征峰强度相对归属纤维素的特征峰明显要强。选用归属木质素的1 520~1 680 cm-1波数范围对细胞壁进行拉曼成像,成像结果显示木质素在细胞壁胞间层和角隅区域含量高。【结论】木材细胞壁S2层、胞间层和角隅区域的导热能力在横切面表现出明显差异,而在径切面差异不明显。木材细胞壁在横切面表现出S2层导热能力强的原因,主要是由细胞壁不同壁层的空间构造特征差别造成的。S2层纤维素含量高,纤维素结构单元微纤丝排列接近平行于细胞轴向,由此在横切面施加热量后热量在S2层顺纹传递,而胞间层和角隅区域木质素含量高,在此两区域化学成分排列呈无序状态,因而表现出S2层导热能力强。当STh M探针从径切面施加给细胞壁热量后,热量在S2层中的传递近似垂直于微纤丝,即热量从横切面的顺纹传递转变为横纹传递,由此造成横切面S2层导热能力强的条件消失,进而在径切面S2层与胞间层和角隅区表现出的导热能力基本一致。STh M技术揭示了木材细胞壁中纤维定向排列结构对细胞壁不同壁层导热性能的影响,该技术可以有效用于研究木材微观导热性能与结构。

关键词：木材细胞壁导热特性扫描热显微镜共聚焦显微拉曼光谱

木材细胞壁的超微构造与气凝胶型木材的制备原理

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东北林业大学学报 2008年第11期36卷 98-100页

作者：高景然邱坚李坚刘一星西南林学院昆明650224 生物质材料科学与技术教育部重点实验室(东北林业大学)

阐述了木材细胞壁的化学组成、超微构造及壁层结构。根据木材细胞壁的结构,气凝胶型木材的制备主要包括3个步骤:木材细胞壁S3层的破坏;木材细胞壁的膨化;超临界干燥。通过对木材细胞壁的超微构造的分析,从原理上对气凝胶型木材制备的各... 详细信息

阐述了木材细胞壁的化学组成、超微构造及壁层结构。根据木材细胞壁的结构,气凝胶型木材的制备主要包括3个步骤:木材细胞壁S3层的破坏;木材细胞壁的膨化;超临界干燥。通过对木材细胞壁的超微构造的分析,从原理上对气凝胶型木材制备的各个步骤进行了简要的叙述。

关键词：气凝胶型木材木材细胞壁超微构造膨化超临界干燥

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木材细胞壁增强改性研究进展

林业工程学报 2017年第4期2卷 34-39页

作者：董友明张世锋李建章北京林业大学木质材料科学与应用教育部重点实验室木材科学与工程北京市重点实验室北京100083

物理化学改性能够提高木材物理力学性能,主要源于改性剂对木材细胞壁的物理化学作用。因此,从某种意义上讲,木材改性主要是指木材细胞壁的增强改性,通过物理化学等手段,可以有效促进改性剂进入细胞壁,从而增强细胞壁。而近年来先进分析... 详细信息

物理化学改性能够提高木材物理力学性能,主要源于改性剂对木材细胞壁的物理化学作用。因此,从某种意义上讲,木材改性主要是指木材细胞壁的增强改性,通过物理化学等手段,可以有效促进改性剂进入细胞壁,从而增强细胞壁。而近年来先进分析技术在木材改性领域的应用,能够更直观更准确地对木材细胞壁性能变化及改性剂分布进行表征。然而,木材细胞壁增强改性研究仍然存在许多问题,需要更系统更深入的研究。主要从物理增强、化学增强以及纳米技术的应用等方面对木材细胞壁增强改性最新研究进展进行了总结,对存在的问题进行了分析,并对今后的研究方向与可能的突破进行了展望。

关键词：木材细胞壁细胞壁改性渗透性物理化学增强纳米增强

木材细胞壁中纳米纤维的分形构造及其与木材物性的相关性

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木材细胞壁中纳米纤维的分形构造及其与木材物性的相关性

作者：李蓓梅北京林业大学

学位级别：硕士

为了能够定量表征复杂的木材微观构造，并进一步明确木材微观构造与木材宏观物理性质的关联，本研究首次将分形理论引入对木材细胞壁超微构造的研究。文章阐释了在纳米尺度范围附近，纤维素分子链簇可以视作是由包括微纤丝在内的不同尺... 详细信息

为了能够定量表征复杂的木材微观构造，并进一步明确木材微观构造与木材宏观物理性质的关联，本研究首次将分形理论引入对木材细胞壁超微构造的研究。文章阐释了在纳米尺度范围附近，纤维素分子链簇可以视作是由包括微纤丝在内的不同尺度层次的纤丝状结构单元所构成的分形体系，具有天然纳米材料的分形性质;将木材细胞壁超微构造的形态研究数据作为参考量，借助分形几何学模型，计算出了各级纤丝状结构单元的分形维数，分析了分形维数值所反映的纤丝的形态结构特性，并讨论了木材细胞壁中超微分形体系自嵌套结构的典型性。在研究木材细胞壁中分形纤维的变异规律时，以偏光显微镜测得的细胞壁S层的平均微纤丝角θ为基本参量，研究了纤维分形维数D沿径向和弦向的变化规律。另外，研究还通过建立木材吸湿性、结晶性质与纤维分形构造变异规律的联系，考查了木材细胞壁的超微分形结构对宏观木材性质的影响。主要的研究结果归纳如下： 1．基本纤丝、微纤丝和细胞壁各层的分形维数相近，微纤丝的分形维数略大。微纤丝的扭曲波形陡变，说明微纤丝的刚性系数较高，以确保细胞强度;基本纤丝的分形温和，可能赋予纤丝更多与弹性或韧性相关的性质。相比天然羊毛纤维和棉纤维，木材细胞壁超微构造中的起始层次和细胞壁宏观分形的有规性更高：基本纤丝、微纤丝、S、S、S层的扭曲分形维数偏差不大于一个数量级，是较为典型的分形自嵌套体系。 2．分形维数径向变化的基本规律是：靠近髓心的心材部位分维值最大，向边材方向经历骤降阶段和缓降阶段波动下降。在接近树皮的边材部位，分形维数值达到最小，最接近树皮部位的分维又会有所反弹。心材部位的纤丝状结构单元分形程度高于边材部位，说明纤丝的分形构造随边材向心材转化而发生变化。用分形理论解释边材转变为心材时所发生的某些特性变化，认为木材细胞壁自身超微分形构造的变异也是其中的原因之一。 3．分形维数弦向变化规律与径向不同的是：分维最大值偏移趋势不明显;波动下降过程缓和，无明显的阶段性特征;在接近树皮的取材部位，分维值无明显反弹。 4．分形维数与相对吸湿量之间不存在明显的关联：在径向上，分形维数与相对吸湿量略呈周期性的正反比关系;而在弦向上，两者之间的周期性相关关系变得愈发

关键词：木材细胞壁纳米纤维分形纤维自嵌套微纤丝木材物性

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木材细胞壁有机修饰对其耐腐性能的影响

木材细胞壁有机修饰对其耐腐性能的影响

作者：曾飞扬西北农林科技大学

学位级别：硕士

木材是一种可再生、天然环保,却易被木腐菌腐朽的建筑材料。木材经防腐剂处理后,通常对环境会有一定影响。而近年来,人们的环保意识逐渐增强,许多对环境有影响的木材防腐剂已被一些国家禁用或限用。水杨酸、槲皮素等有机物抑菌性能好,... 详细信息

木材是一种可再生、天然环保,却易被木腐菌腐朽的建筑材料。木材经防腐剂处理后,通常对环境会有一定影响。而近年来,人们的环保意识逐渐增强,许多对环境有影响的木材防腐剂已被一些国家禁用或限用。水杨酸、槲皮素等有机物抑菌性能好,但是难以与木材形成有效的结合,抗流失性差。本研究旨在通过微囊化和化学接枝改性两种方法,用有机酸和黄酮类化合物修饰木材细胞壁,从而使其固定在木材中,提高植物源有机防腐剂的抗流失性。通过制备水杨酸/二氧化硅微胶囊(SSM)改性杨木、水杨酸接枝改性杨木、槲皮素接枝改性杨木,采用流失试验探究水杨酸、槲皮素的释放规律;从微观结构、化学组成、耐腐性及抗弯强度几个方面评价三种处理材的性能,以综合评价微囊化和化学接枝改性这两种方法在木材中固定水杨酸和槲皮素的潜力,为其他有机物改性木材提供理论基础。所得的主要研究结果如下:(1)采用水杨酸为芯材,二氧化硅为壁材,通过溶胶凝胶法成功制备了水杨酸/二氧化硅微胶囊(SSM),制备的SSM的粒径在0.06-0.16μm之间。采用SSM修饰木材细胞壁,SSM改性杨木流失前后的FT-IR谱图中均具有Si-O-Si和Si-OH的特征峰,SSM改性杨木具有一定的抗流失性。SSM改性杨木的抗弯强度略有上升,弹性模量基本不变,其MOE和MOR分别为9185.12 MPa和133.08 MPa(素材分别为9162.57 MPa和121.24 MPa)。SSM处理提高了改性木材的耐腐性,流失后的SSM改性杨木经白腐菌和褐腐菌腐朽后的失重率分别为15.87%和14.42%(素材分别为62.82%和42.50%),达到Ⅱ级耐腐。(2)采用水杨酸为原料,通过酯化反应对木材细胞壁进行修饰,制备水杨酸接枝改性杨木。1.5 mol/L水杨酸与木材细胞壁的反应产率达到最大,该条件下的FT-IR在1635cm处的C=O峰达到最大。水杨酸接枝改性杨木弹性增大,但木材组分分解,力学性能有所降低,1 mol/L水杨酸接枝改性杨木的MOE和MOR达到最大值,分别为6580.38 MPa和40.16 MPa(素材分别为6491.31 MPa和87.00 MPa)。不同浓度的水杨酸接枝改性杨木均具有耐腐性,经白腐菌和褐腐菌腐朽后水杨酸接枝改性杨木的失重率均小于15%(素材失重率分别为50.71%和27.86%),达到Ⅱ级耐腐。(3)采用槲皮素、草酸、木材为原料,通过酯化反应对木材细胞壁进行修饰,制备槲皮素接枝改性杨木。以草酸为连接剂将槲皮素接枝到木材上,槲皮素与草酸、草酸与木材之间均形成了酯基,在FT-IR中的1620 cm和1768 cm处均出现了不同化学环境下的C=O特征峰。在槲皮素与草酸摩尔比(以下简称槲草比)为1:2时,生成的酯基数量最多,反应产率最大。随着草酸量的增加,细胞壁的厚度先增加后减小,槲皮素的接枝使得木材细胞壁变厚,而过高的草酸浓度会分解木材组分,从而导致木材细胞壁变得更薄,在槲草比为1:2时达到最大值2.25μm(素材为1.65μm)。槲皮素接枝改性杨木的弹性增大,但力学强度有所降低,在槲草比为1:1时的MOE达到最大值10238.91 MPa(素材为9162.56 MPa),槲草比为1:2的MOR达到最大值57.05MPa(素材为121.24 MPa)。槲皮素接枝改性提高了杨木的耐腐性,经白腐菌腐朽槲皮素接枝改性杨木的失重率均低于15%(素材为42.84%,槲皮素改性木材为48.42%),达到Ⅱ级耐腐。

关键词：木材细胞壁微胶囊接枝改性有机物耐腐性

木材细胞壁纳米纤维分形构造径向和弦向变异规律

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西南林学院学报 2011年第6期31卷 59-62页

作者：罗蓓杨守禄赵广杰西南林业大学西南山地森林资源保育与利用省部共建教育部重点实验室云南昆明650224 北京林业大学材料科学与技术学院北京100083

将分形理论引入木材细胞壁超微构造的研究,以偏光显微镜测得细胞壁S2层平均微纤丝角θ为基本参量,研究木材细胞壁中纳米纤维的分形维数值D沿径向和弦向的变异规律。结果表明,分形维数值沿径向近髓心处数值最大,向树皮方向经历骤降阶段... 详细信息

将分形理论引入木材细胞壁超微构造的研究,以偏光显微镜测得细胞壁S2层平均微纤丝角θ为基本参量,研究木材细胞壁中纳米纤维的分形维数值D沿径向和弦向的变异规律。结果表明,分形维数值沿径向近髓心处数值最大,向树皮方向经历骤降阶段和缓降阶段,呈波动式下降;分形维数值沿弦向的最大值偏移趋势不明显,波动下降过程缓和,无明显的阶段性特征。

关键词：木材细胞壁纳米纤维分形构造变异规律

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无机颗粒在木材细胞壁中的纳米复合

无机颗粒在木材细胞壁中的纳米复合

全国第二届纳米材料和技术应用会议

作者：王西成

采用陶瓷科学的软化学方法,在木材细胞壁内部,实现金属氧化物颗粒与木材纤维素等组分在分子和纳米水平上的复合;从而在保持了原始木材外观、孔结构和加工性能的同时,实现了对木材尺寸稳定性、阻燃和耐腐性能的全面改善。

关键词：无机颗粒木材细胞壁纳米复合材料阻燃耐腐蚀性

来源： cnki会议评论

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木材化学成分对细胞壁纵向黏弹性的影响

森林工程 2022年第3期38卷 54-62页

作者：蔡绍祥黄燕萍李朱锋李延军南通理工学院建筑工程学院江苏南通226002 南京林业大学材料科学与工程学院南京210037 常熟理工学院纺织服装与设计学院江苏常熟215500

为从微观力学角度揭示木材化学成分对细胞壁纵向静态和动态黏弹性的影响机制,丰富木材细胞壁力学性能研究内容并为纤维选择性利用提供参考。该文以马尾松木材横截面2/3处晚材细胞壁为研究对象,通过化学方法分步除去细胞壁半纤维素和木质... 详细信息

为从微观力学角度揭示木材化学成分对细胞壁纵向静态和动态黏弹性的影响机制,丰富木材细胞壁力学性能研究内容并为纤维选择性利用提供参考。该文以马尾松木材横截面2/3处晚材细胞壁为研究对象,通过化学方法分步除去细胞壁半纤维素和木质素,利用NREL’S LAPS方法计算纤维素、半纤维素和木质素含量,采用傅里叶变换红外光谱(Fourier Transform Infrared Spectroscopy,FTIR)分析木材细胞壁化学成分变化情况,应用纳米压痕技术测定木材细胞壁蠕变柔量、储存模量和损耗模量等力学性能,运用Burgers模型探究细胞壁静态黏弹性与化学成分的关系。结果表明,纤维素对木材细胞壁静态黏弹性起主导作用;木材抽提物对细胞壁黏弹性影响较小;半纤维素和木质素对细胞壁动态黏弹性影响显著,去除半纤维素和木质素后细胞壁储存模量分别降低17.4%和49.4%,损耗模量则增加。

关键词：化学成分木材细胞壁蠕变柔量动态黏弹性储存模量损耗模量

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榔榆木质部细胞构造特征的季节变化规律研究

江苏林业科技 2024年第1期51卷 1-5,16页

作者：唐建吕运舟叶萌严瑞昌张海哲石江涛李春涛苏州市林业站江苏苏州215128 江苏省林业科学研究院江苏南京211153 南京林业大学材料科学与工程学院江苏南京210037 常熟市林业站江苏常熟215505

为了探究榔榆木质部形成中细胞形态与壁层组分变化规律,以1个生长季内木质部细胞产生过程为主线,联合解剖学技术与光谱学技术,初步研究了木质部细胞形态、细胞尺寸及细胞壁主要化学组成的变化规律。结果表明4月出现2排早材管孔,以单管... 详细信息

为了探究榔榆木质部形成中细胞形态与壁层组分变化规律,以1个生长季内木质部细胞产生过程为主线,联合解剖学技术与光谱学技术,初步研究了木质部细胞形态、细胞尺寸及细胞壁主要化学组成的变化规律。结果表明4月出现2排早材管孔,以单管孔为主,5月开始大量产生木纤维细胞,纤维细胞壁厚,直至9月形成宽约2 mm的木质部;导管与木纤维细胞从4—6月处于伸长阶段,大小随后略有降低;2类细胞的直径则呈不同的季节变化规律;导管细胞壁纤维素和半纤维素的沉积过程在季节内稳定;而木纤维细胞中纤维素和半纤维素的沉积具有季节差异,生长季早期相对含量较低,晚期相对含量明显增加,说明2类细胞间主要组分沉积存在不同步性。

关键词：木材解剖早材晚材木材细胞壁纤维形态榔榆