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“双碳”战略目标下木竹基先进功能材料研究进展

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中南林业科技大学学报 2022年第12期42卷 13-25页

作者：卿彦中南林业科技大学材料科学与工程学院湖南长沙410004

木竹材作为可再生的天然生物质资源,广泛应用于家居、建筑、轻工、能源等领域。以木竹材替代金属、石化等非可再生资源开发高附加值绿色木竹基先进功能材料,是木材科学和材料科学重要的前沿交叉领域,对于推动国家“双碳”战略具有重要... 详细信息

木竹材作为可再生的天然生物质资源,广泛应用于家居、建筑、轻工、能源等领域。以木竹材替代金属、石化等非可再生资源开发高附加值绿色木竹基先进功能材料,是木材科学和材料科学重要的前沿交叉领域,对于推动国家“双碳”战略具有重要的理论价值和实践意义。从木竹材的生物构造特征及细胞壁化学组分出发,分析了木竹基先进功能材料创新的生物和化学结构优势,总结了近年来实体木竹材在高强透光、光热转化、绿色储能、清洁催化及智能传感等先进功能领域的最新研究进展。具体来说,梳理了木竹基高强材料与透明材料的发展脉络与方向,阐释了木基太阳能蒸发器的仿生设计理念,归纳了木竹材在不同储能技术领域的应用特点及优势,分析了木竹基电催化材料的性能调控机制,探讨了木竹基智能传感器件的应用前沿。最后,针对目前应用研究存在的问题与局限,在结构调控优化、稳定性改良、多功能一体化和产业化大规模发展等方面对木竹基先进功能材料未来发展趋势进行展望。本研究旨在总结梳理木竹材料生物化学构造与先进功能材料之间的构效响应关系和修饰调控机制,从“仿生学”角度解决先进功能材料领域存在的相关问题,为“双碳”战略目标下木竹材高值化综合利用提供新的科学思路与技术借鉴。

关键词：木材竹材先进功能材料 “双碳”战略

基于Creo Parametric技术的马尾松微观模型构建

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中南林业科技大学学报 2022年第4期42卷 129-136,144页

作者：杨天舒胡进波汪倩倩王熠章苌姗姗刘元中南林业科技大学材料科学与工程学院湖南长沙410004

【目的】为实现木材微观构造的宏观化,更直观全透认识木材生物结构,将其细胞组织从二维平面图像转到三维立体图像,基于参数化设计模块Creo Parametric建模技术,构建出马尾松Pinus massoniana微观构造的立体模型。【方法】首先通过光学... 详细信息

【目的】为实现木材微观构造的宏观化,更直观全透认识木材生物结构,将其细胞组织从二维平面图像转到三维立体图像,基于参数化设计模块Creo Parametric建模技术,构建出马尾松Pinus massoniana微观构造的立体模型。【方法】首先通过光学显微镜观察马尾松三切面的微观构造图像,然后对构成马尾松木材各类组织的细胞类型、组织比量和形态尺寸进行观测定量化分析;基于观察与分析结果,对马尾松典型细胞的结构形貌及胞壁上结构特征进行三维模型构建,将构建的模型导入弘瑞3D打印系统(modellight)进行模拟分析与模型打印。【结果】针叶材马尾松解剖分子排列规则,管胞约占木材体积90%,其他细胞为木射线、轴向薄壁组织和树脂道等。基于各类细胞的真实形态特征构建单个细胞模型,在单个细胞的3D模型基础上根据各类组织分布与排列规律将各细胞进行组装,获得针叶材马尾松木材微观构造的立体模型。运用3D打印技术将虚拟的模型实体化,构造出等比例放大200倍的微观实物模型。【结论】本研究证实3D技术在木材微观构造水平建模的可行性,将丰富的木材微观结构以实体化的形式展现,为充分了解木材内部特征提供便利,也为木材学教学和木材美学价值开发提供参考,为植物遗态生物质高性能仿生材料研究提供生物学理论基础。

关键词：马尾松 Creo Parametric技术微观模型构建 3D打印

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碳纤维增强环氧树脂复合材料的制备及性能

塑料 2023年第4期52卷 32-36页

作者：焦晓岚邓鑫郑玲周依莎中南林业科技大学材料科学与工程学院湖南长沙410004

采用二苯甲基二异氰酸酯(MDI)和硅烷偶联剂(KH550)对碳纤维进行表面改性,将改性后的碳纤维(MDI/KH550-CFs)与环氧树脂(EP)复合,制备了不同碳纤维添含量的环氧树脂基复合材料,通过扫描电镜、拉伸测试、抗冲测试、磨损测试等研究改性碳纤... 详细信息

采用二苯甲基二异氰酸酯(MDI)和硅烷偶联剂(KH550)对碳纤维进行表面改性,将改性后的碳纤维(MDI/KH550-CFs)与环氧树脂(EP)复合,制备了不同碳纤维添含量的环氧树脂基复合材料,通过扫描电镜、拉伸测试、抗冲测试、磨损测试等研究改性碳纤维含量对环氧树脂基复合材料力学性能的影响。扫描电镜结果表明,采用MDI和KH550改性后的碳纤维与环氧树脂具有较好的界面粘结性能;力学及摩擦磨损性能测试结果显示,加入碳纤维有利于改善材料的拉伸性能及耐磨性能,能够延长材料的使用寿命,并且不影响材料的抗冲击性能。当MDI/KH550-CFs含量为4%时,拉伸强度为25.8624 MPa,与纯环氧树脂相比增强了62.4%;当其含量为2%时,最低磨损率为0.7×10^(-4)mm~3/(N·m)。

关键词：碳纤维表面改性环氧树脂复合材料力学强度

碳纳米管与石墨烯协同改性天然石墨及其电化学性能

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材料工程 2017年第4期45卷 121-127页

作者：邓凌峰彭辉艳覃昱焜吴义强中南林业科技大学材料科学与工程学院长沙410004

以碳纳米管和氧化石墨烯为原料,二者按5∶3混合超声分散再高温还原制备碳纳米管/石墨烯/天然石墨(CNTs/rGO/NG)锂离子复合负极材料。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)和电化学测试等分析技术对复合材料的形貌、结构... 详细信息

以碳纳米管和氧化石墨烯为原料,二者按5∶3混合超声分散再高温还原制备碳纳米管/石墨烯/天然石墨(CNTs/rGO/NG)锂离子复合负极材料。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)和电化学测试等分析技术对复合材料的形貌、结构、电化学进行表征。结果表明:石墨烯和碳纳米管在天然石墨表面形成三维立体网络结构。与纯天然石墨相比,CNTs/rGO/NG复合材料具有良好的倍率性能和循环寿命,在0.1C时首次放电比容量为479mAh/g,可逆容量达473mAh/g,循环100次后容量为439.5mAh/g,容量保持率为92%,在0.5,1,5C不同电流倍率时容量依次为457,433,394mAh/g。

关键词：碳纳米管氧化石墨烯负极材料电化学性能三维网络结构

硫酸盐类型对杨木燃料乙醇蒸馏废水厌氧消化特性的影响

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应用化工 2022年第6期51卷 1592-1597页

作者：邓萍萍闫晓帆刘瑞霞丁婷婷陈介南吴志平中南林业科技大学材料科学与工程学院湖南长沙410004

杨木燃料乙醇蒸馏废水按照COD/SO_(4)^(2-)=20的量,添加Fe_(2)(SO_(4))_(3)、FeSO_(4)、Na_(2)SO_(4),厌氧消化周期为18 d。探究硫酸盐类型对废水中温厌氧消化的影响。结果表明,添加Fe_(2)(SO_(4))_(3)的产甲烷量最高为543.0 mL/g VS,比添加FeSO_(4)和Na_(2)SO_(4)分别提高了29.72%和35.82%。添加Fe_(2)(SO_(4))_(3)的挥发性脂肪酸含量最高,Fe^(3+)可以富集异化铁还原菌,从而提高乙酸含量,为产甲烷菌提供更多基质。硫元素平衡分析结果,Fe_(2)(SO_(4))_(3)-PFEW厌氧发酵结束后,沼液中硫化物含量最低,说明铁源的添加促进了体系中的硫化物与金属元素结合,进而固定。因此,Fe_(2)(SO_(4))_(3)的添加能够提高厌氧消化性能,同时降低硫化物的含量。

关键词：杨木燃料乙醇蒸馏废水厌氧消化硫酸盐类型产甲烷性能硫平衡

静电纺丝法制备白藜芦醇固体分散体及其释药机制综合实验设计

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实验室研究与探索 2022年第5期41卷 174-178,225页

作者：周军邓姣张胜李湘洲中南林业科技大学材料科学与工程学院长沙410004

针对中南林业科技大学林产化工专业综合实验课程教学的需要,结合近年来科研成果,设计了静电纺丝法制备白藜芦醇固体分散体及其释药机制的综合实验。利用静电纺丝技术制备了白藜芦醇固体分散体,通过扫描电镜、傅里叶变换红外光谱和差示... 详细信息

针对中南林业科技大学林产化工专业综合实验课程教学的需要,结合近年来科研成果,设计了静电纺丝法制备白藜芦醇固体分散体及其释药机制的综合实验。利用静电纺丝技术制备了白藜芦醇固体分散体,通过扫描电镜、傅里叶变换红外光谱和差示扫描量热测试技术对其性能进行表征分析,并探讨了白藜芦醇固体分散体在模拟肠液中的体外释放效果与机制。以林源特色成分白藜芦醇的新型制剂制备技术与释药性能评价为实验内容,涉及多门主干课程的基础理论知识,兼具专业性、综合性和创新性。教学实践表明,该综合实验有利于培养学生综合运用多学科知识解决实际问题的能力,提高学生的创新意识和科研素养。

关键词：综合实验静电纺丝白藜芦醇固体分散体释药

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高效桐油催干剂的制备及其催干性能研究

林产化学与工业 2019年第3期39卷 101-107页

作者：余云杨宁宁黄彬杨焰廖有为中南林业科技大学材料科学与工程学院

考察了4种催干剂异辛酸稀土(REI)、异辛酸钴(CI)、高效催干剂M2203和CQ-150B单独或配合使用时对桐油和聚合桐油催干性能的影响,结果表明:10℃时聚合桐油黏度为15 520 mPa·s,比桐油黏度(160 mPa·s)有明显增加;20℃时聚合桐油的干燥时间... 详细信息

考察了4种催干剂异辛酸稀土(REI)、异辛酸钴(CI)、高效催干剂M2203和CQ-150B单独或配合使用时对桐油和聚合桐油催干性能的影响,结果表明:10℃时聚合桐油黏度为15 520 mPa·s,比桐油黏度(160 mPa·s)有明显增加;20℃时聚合桐油的干燥时间为72 h,较桐油干燥时间(168 h)明显缩短。异辛酸稀土和异辛酸钴单独使用时,催干效果明显低于M2203和CQ-150B;0.6%的异辛酸稀土与0.010%的异辛酸钴复配的复合催干剂,催干桐油的表干时间、实干时间分别为2和2.5 h,硬度等级为4H,附着力等级为1级;催干聚合桐油的表干时间、实干时间分别为0.67和1 h,硬度等级为5H,附着力为1级。与高效催干剂M2203和CQ-150B相比,复合催干剂色泽浅,与桐油相容性好。FT-IR和TG表征分析表明:复合催干剂催干制备的桐油漆膜交联度高、热稳定性好,该复合催干剂是一种性能优良的桐油催干剂。

关键词：桐油异辛酸稀土异辛酸钴固化

几种不同改性剂对稻草/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯复合材料性能的影响

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复合材料学报 2018年第7期35卷 1791-1799页

作者：朱凌波李新功杨凯张晓凤卢立中南林业科技大学材料科学与工程学院长沙410000

以稻草纤维及丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)为原料,分别以活性炭、Al_2O_3、SiO2和硅烷偶联剂为增强改性剂,通过混炼-模压工艺制备了改性剂-稻草/ABS复合材料,对比研究了几种不同增强改性剂的增强效果及其增强机制。结果表明:硅烷偶联剂对... 详细信息

以稻草纤维及丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)为原料,分别以活性炭、Al_2O_3、SiO2和硅烷偶联剂为增强改性剂,通过混炼-模压工艺制备了改性剂-稻草/ABS复合材料,对比研究了几种不同增强改性剂的增强效果及其增强机制。结果表明:硅烷偶联剂对稻草/ABS复合材料的增强效果较差,活性炭、Al_2O_3和SiO2对稻草/ABS复合材料的增强均优于硅烷偶联剂,其中Al_2O_3的增强效果最佳。当Al_2O_3的添加量(Al_2O_3∶ABS质量比)为5%时,Al_2O_3-稻草/ABS复合材料的拉伸、弯曲及冲击强度分别达到最大值27.719 MPa、61.05 MPa和26.53kJ/m2;当无机物添加量(无机物∶ABS质量比)为5%时,复合材料的耐水性能表现为:5%Al_2O_3>5%活性炭>5%SiO2>未添加,与复合材料的力学性能梯度相符;改性剂-稻草/ABS复合材料的流变性能则表现为:5%活性炭>5%Al_2O_3>5%SiO2>未添加。

关键词：木塑复合材料稻草丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS) 活性炭 Al2O3 SiO2 硅烷偶联剂增强

竹纤维/聚乳酸可降解复合材料相容界面构建进展

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材料导报 2018年第17期32卷 3076-3082页

作者：李文豪吴义强李萍李新功左迎峰中南林业科技大学材料科学与工程学院长沙410004

竹纤维/聚乳酸可降解复合材料是一种性能优越、可完全生物降解的绿色生态环保材料。在针对亲水竹纤维与疏水聚乳酸界面不相容而导致竹纤维/聚乳酸复合材料性能劣化的问题,研究者通常采用三种策略来提高其界面相容性:竹纤维改性、聚乳酸... 详细信息

竹纤维/聚乳酸可降解复合材料是一种性能优越、可完全生物降解的绿色生态环保材料。在针对亲水竹纤维与疏水聚乳酸界面不相容而导致竹纤维/聚乳酸复合材料性能劣化的问题,研究者通常采用三种策略来提高其界面相容性:竹纤维改性、聚乳酸树脂改性和增容剂改性。在现有研究基础上,未来可以通过引进纳米纤维改性粒子改善复合体系的界面相容性,完善两相界面基础理论,促进更深入的界面作用及其机理研究,以推动竹纤维/聚乳酸可降解复合材料的发展。

关键词：竹纤维聚乳酸复合材料相容界面