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酸刻蚀对玄武岩纤维表面偶联剂吸附量及纤维/环氧树脂复合材料力学性能的影响

复合材料学报 2014年第4期31卷 888-894页

作者：李静申士杰李伟娜袁卉北京林业大学材料科学与技术学院、木质材料科学与应用教育部重点实验室北京100083

纤维与树脂的复合需要有一个良好的界面相,以便能将载荷从基体有效地传递给增强纤维,纤维表面改性处理是达到这一要求的主要方法。采用盐酸刻蚀法对玄武岩纤维(BF)表面进行处理,讨论了酸刻蚀对纤维单丝拉伸性能、表面硅烷偶联剂吸附量... 详细信息

纤维与树脂的复合需要有一个良好的界面相,以便能将载荷从基体有效地传递给增强纤维,纤维表面改性处理是达到这一要求的主要方法。采用盐酸刻蚀法对玄武岩纤维(BF)表面进行处理,讨论了酸刻蚀对纤维单丝拉伸性能、表面硅烷偶联剂吸附量的影响以及盐酸浓度对BF/环氧树脂复合材料力学性能的影响。结果表明:纤维的单丝拉伸强度随着盐酸浓度的升高呈加速下降趋势;1mol/L盐酸处理后的纤维表面对硅烷偶联剂KH550的吸附量最大;1mol/L盐酸刻蚀后再经硅烷偶联剂KH550处理的纤维制成的BF-KH550/环氧树脂复合材料的弯曲性能、拉伸性能和层间剪切强度最优。

关键词：玄武岩纤维酸刻蚀硅烷偶联剂复合材料力学性能

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木质基电化学储能器件的研究进展

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材料导报 2020年第23期34卷 23001-23008页

作者：张伟业刘毅郭洪武北京林业大学材料科学与技术学院木质材料科学与应用教育部重点实验室北京100083

随着全球能源需求的持续增长,高效的能源存储方式变得尤为关键。电化学储能器件(如超级电容器、锂离子电池等)是一种典型的高效储能系统,其中超级电容器具有功率密度高、循环寿命长等优点;锂离子电池具有能量密度高、无记忆效应、自放... 详细信息

随着全球能源需求的持续增长,高效的能源存储方式变得尤为关键。电化学储能器件(如超级电容器、锂离子电池等)是一种典型的高效储能系统,其中超级电容器具有功率密度高、循环寿命长等优点;锂离子电池具有能量密度高、无记忆效应、自放电率低等优点。但现有电化学储能器件不可生物降解,对环境有一定的危害。生物质如木材作为光合作用的产物,具有低成本、可再生、绿色环保等优点,采用生物质制备衍生的电化学储能器件越来越受到人们的重视。电化学储能器件主要由电极材料、电解质及集流体等部件构成,器件的设计组装方式和结构形式是影响其电化学性质的一大关键因素。目前,关于电化学储能器件的制备,例如超级电容器是将碳材料等磨成粉末并加入粘合剂进行和浆制片,粘合剂的加入容易阻塞活性炭孔洞,从而降低其电化学性能,而且活性炭只能作为多孔储能物质,本身无法作为自支撑材料用于制备电极。常规锂电池的制备是将电化学活性材料与导电添加剂和黏结剂溶解在有机溶剂中形成浆料,并将其涂覆在集电器上以形成电极,但在制备过程中会导致电极的破裂以及电化学活性材料从集电器上分离。木材是一种可再生的生物质资源,具有多层级结构,木材经高温炭化处理或者负载电化学活性材料后可作为3D导电基板,独特的开放直通道有利于促进离子传输并提供高表面积,以实现活性材料的有效负载。此外,采用水热法或电化学沉积的方法在炭化木材上负载金属氧化物/氢氧化物、具有高理论电容的导电聚合物,从而制备复合电极材料,并将其用于超级电容器自支撑电极,可使其显示出优异的电化学性能;以木材为基板并负载磷酸铁锂等活性材料制备电极,有效地解决了传统电化学活性材料与基板开裂脱离的问题。本文归纳了木质基电化学储能器件的研究进展,详细分析了木材在超级电容器、锂离子电池、锂空电池、锂硫电池的应用,着重介绍了木材的孔结构对电化学储能设备的影响,探讨了木质基电化学储能器件面临的问题及今后的发展前景,为制备高性能、环境友好型的木质基电化学储能设备提供参考。

关键词：天然木材多层级结构电化学储能器件超级电容器锂离子电池

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微米级蜂窝状软木多孔炭的制备及吸附四环素的性能

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煤炭学报 2024年第10期49卷 4263-4275页

作者：张己召王启航李承禹何丹味母军北京林业大学材料科学与技术学院木质材料科学与应用教育部重点实验室北京100083

以工业废弃软木颗粒为原料,KHC_(2)O_(4)为活化剂,采用一步法慢速热解、活化得到具有蜂窝状结构的分级多孔活性炭KHBC,并将其应用于吸附水体中的盐酸四环素(TC)。通过拟合孔隙结构参数与四环素吸附量分析活性炭孔隙与吸附性能的关系,通... 详细信息

以工业废弃软木颗粒为原料,KHC_(2)O_(4)为活化剂,采用一步法慢速热解、活化得到具有蜂窝状结构的分级多孔活性炭KHBC,并将其应用于吸附水体中的盐酸四环素(TC)。通过拟合孔隙结构参数与四环素吸附量分析活性炭孔隙与吸附性能的关系,通过静态吸附实验探究初始pH、温度、初始质量浓度、离子强度等因素对吸附性能的影响,利用SEM、FT-IR等技术对KHBC吸附前后的物理化学结构进行表征,建立活化工艺-软木活性炭孔隙结构-吸附性能间的相关关系。结果表明,活化温度和KHC_(2)O_(4)添加比例的提高对比表面积和总孔体积有积极影响,并促进2~5 nm介孔的形成。比表面积和总孔体积与吸附TC容量间呈较强的线性关系,R^(2)分别为0.9852、0.958,2~5 nm介孔容积与TC吸附容量的R2为0.8388。当活化温度为900℃、活化剂添加比例为5∶1时,得到的KHBC5-900比表面积高达2447 m^(2)/g,2~5 nm的介孔明显增多,对水体中TC的吸附效果最好,其呈现微孔-介孔的孔径结构,在45℃时吸附量高达1113.45 mg/g,25℃时吸附量高达961.54 mg/g,5 min即可达吸附总量的85%,1 h可达吸附平衡,是未活化BC-900吸附量(21.25 mg/g)的46倍。且吸附能力几乎不受环境pH和离子强度的影响。KHBC5-900对TC的吸附符合准二级动力学方程和Langmuir等温吸附模型,吸附过程是自发和吸热的,吸附机理表明,孔隙填充是主要的吸附机制,同时存在π-π相互作用和氢键相互作用。

关键词：软木 KHC_(2)O_(4) 活性炭四环素吸附性能

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刺槐Brauns木素热诱导变色研究

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北京林业大学学报 2008年第6期30卷 128-131页

作者：高建民樊永明李明飞木材科学与工程教育部重点实验室北京林业大学材料科学与技术学院

为研究木素在热诱导条件下的颜色变化,对模拟干燥处理前后刺槐Brauns木素(BNL)的UV-Vis、FTIR和13C-NMR等光谱进行了比较分析。结果表明:①木素受热后颜色变深是导致刺槐木材颜色变深的重要原因。刺槐木素紫外光谱具有K带、B带和R带吸收... 详细信息

为研究木素在热诱导条件下的颜色变化,对模拟干燥处理前后刺槐Brauns木素(BNL)的UV-Vis、FTIR和13C-NMR等光谱进行了比较分析。结果表明:①木素受热后颜色变深是导致刺槐木材颜色变深的重要原因。刺槐木素紫外光谱具有K带、B带和R带吸收,受热后曲线总体上移,吸光系数增加;木素受热后R带吸收峰加宽,并延伸至可见光区域;②在模拟干燥条件下,木素C5位有缩合反应发生而使木素共轭体系延长,木素受热后α-O-4结构发生断裂使酚羟基增加,共轭芳酮结构(α-羰基)信号仍然很强。这些均为木素受热后吸收光谱发生深色位移导致颜色变深的重要原因。

关键词： Brauns木素热诱导变色刺槐

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N,O-羧甲基壳聚糖抗菌染料的制备研究

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北京林业大学学报 2016年第11期38卷 104-110页

作者：王晓倩张扬于志明北京林业大学木质材料科学与应用教育部重点实验室

以壳聚糖(CTS)和活性艳蓝KN-R染料为原材料,通过两步反应法制备新型N,O-羧甲基壳聚糖染料,用红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、元素分析仪分析其结构和化学基团,并用紫外可见分光光度计对其水溶性进行检测;采用常压浸渍法制备N,O-羧甲... 详细信息

以壳聚糖(CTS)和活性艳蓝KN-R染料为原材料,通过两步反应法制备新型N,O-羧甲基壳聚糖染料,用红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、元素分析仪分析其结构和化学基团,并用紫外可见分光光度计对其水溶性进行检测;采用常压浸渍法制备N,O-羧甲基壳聚糖染料染色薄木,用光谱光度仪进行表面颜色及日晒和水洗色差测量;用菌落计数法定量表征其抗菌性能。结果表明:CTS分子中大量—OH、少量—NH2基团被—CH2COOH基团取代,染料中的—SO-3和N,O-羧甲基壳聚糖中质子化的—NH+3发生反应;羧甲基化和染料接枝反应使得CTS结晶度下降;N,O-羧甲基壳聚糖染料的水溶性得到显著改善;N,O-羧甲基壳聚糖染料可明显改善薄木的染色效果,且染色薄木的耐日晒和耐水洗牢度均提高;N,O-羧甲基壳聚糖染料染色薄木的抗菌性能优于活性艳蓝KN-R染色薄木。

关键词： N,O-羧甲基壳聚糖染料水溶色差抗菌

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路易斯酸预处理对木材热降解特性的影响

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北京林业大学学报 2024年第11期46卷 133-140页

作者：王旭洁姚三川雒翠梅母军漆楚生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林业大学材料科学与技术学院北京100083

【目的】引入外源酸可解决热处理温度高、时间长的问题,提高热效率。本研究旨在明确外源酸对木材组分的影响以及不同木材的热降解特性。【方法】以两种针叶材(落叶松、杉木)和两种阔叶材(桉木、杨木)为研究对象,以路易斯酸中的AlCl_(3)... 详细信息

【目的】引入外源酸可解决热处理温度高、时间长的问题,提高热效率。本研究旨在明确外源酸对木材组分的影响以及不同木材的热降解特性。【方法】以两种针叶材(落叶松、杉木)和两种阔叶材(桉木、杨木)为研究对象,以路易斯酸中的AlCl_(3)为外源酸,采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、热重分析(TGA)和Flynm-Wall-Ozawa法研究了不同浓度AlCl_(3)溶液(0、0.1、0.3 mol/L)处理后木材的热降解特性。【结果】AlCl_(3)处理可对木材化学结构产生显著影响:半纤维素的特征峰显著降低并发生红移,木质素特征峰的峰值增加,总结晶度指数减少,OH/CH_(2)比值下降,以及氢键强度增加。其中,0.3 mol/L AlCl_(3)溶液处理试材的总结晶度指数减少了29.17%~52.67%,OH/CH_(2)比值降低了23.18%~51.01%,氢键强度增加了2.86%~13.27%,纤维横向有序度减少低于8%。在热解过程中,AlCl_(3)处理后木材降解温度均降低,降解速率增大,活化能降低。0.3 mol/L处理浓度下,木材起始降解温度均降低至110℃以下,且针叶材出现明显肩峰,在快速热降解阶段针叶材的活化能比阔叶材显著降低。【结论】引入AlCl_(3)能显著降低木材的热降解温度,从而有效提升木材热改性效率,且其对针叶材的催化作用相较于阔叶材更为显著。本研究可为路易斯酸在木材低温热处理领域的应用提供理论支持。

关键词：降解热处理木材热动力学热重分析催化路易斯酸针叶材阔叶材

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大果紫檀心材抽提物发色成分及其对颜色的影响

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林产化学与工业 2018年第5期38卷 77-84页

作者：张鹏卫燕霞刘炀陈瑶高建民樊永明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林业大学北京100083

采用水、苯醇和二氧六环3种溶剂对深色和浅色大果紫檀试样进行抽提,通过色度指数、FT-IR、UV和GC-MS等手段分析了研究对象大果紫檀心材抽提物的主要发色成分,以揭示其发色机理。研究发现:大果紫檀主要显红色色调,其中深色试样在蓝绿色... 详细信息

采用水、苯醇和二氧六环3种溶剂对深色和浅色大果紫檀试样进行抽提,通过色度指数、FT-IR、UV和GC-MS等手段分析了研究对象大果紫檀心材抽提物的主要发色成分,以揭示其发色机理。研究发现:大果紫檀主要显红色色调,其中深色试样在蓝绿色光谱区域(496 nm)有较强的吸收使得其红绿轴色品指数(a*)值较高。同种溶剂从浅色试样中溶解的发色成分较多,浅色试样抽提后色差普遍高于深色试样,其中二氧六环抽提后大果紫檀色差最大。水抽提物中的发色成分是不饱和醇类;苯醇抽提物中发色成分主要含有苯环结构、共轭羰基、非共轭羰基以及不饱和醇类结构;二氧六环抽提物中主要的发色成分是β-桉叶醇、高紫檀素和α-胡椒烯-11-醇,其中β-桉叶醇和高紫檀素是大果紫檀中与a*相关的发色物质。

关键词：大果紫檀木材颜色抽提物发色成分

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疏水性木粉-SiO2气凝胶复合材料的制备及其性能研究

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林产化学与工业 2020年第2期40卷 93-98页

作者：宋伟杉刘士瑞赵雪陈瑶高建民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

以正硅酸乙酯(TEOS)和甲基三甲氧基硅烷(MTMS)为共前驱体,利用溶胶-凝胶法和常压干燥工艺制备疏水性木粉-SiO2气凝胶复合材料。探讨了不同粒径(0.42~0.84 mm、0.25~0.42 mm、0.18~0.25 mm)巴尔杉木木粉对木粉-SiO2气凝胶复合材料性能的... 详细信息

以正硅酸乙酯(TEOS)和甲基三甲氧基硅烷(MTMS)为共前驱体,利用溶胶-凝胶法和常压干燥工艺制备疏水性木粉-SiO2气凝胶复合材料。探讨了不同粒径(0.42~0.84 mm、0.25~0.42 mm、0.18~0.25 mm)巴尔杉木木粉对木粉-SiO2气凝胶复合材料性能的影响,结果表明:木粉-SiO2气凝胶复合材料的密度、导热系数、抗压强度、接触角均随木粉粒径尺寸的减小而增大。木粉粒径为0.25~0.42 mm可获得性能较好的材料,复合材料密度为0.168 g/cm3,导热系数为0.0337 W/(m·K),抗压强度为0.15 MPa,接触角为155.72°。制备的木粉-SiO2气凝胶复合材料具有保温性能优异、轻质高疏水的特性。

关键词：木粉 SiO2气凝胶保温材料常压干燥轻质疏水

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基于概率密度演化方法的古建筑残损木构件可靠度研究

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北京林业大学学报 2023年第2期45卷 139-148页

作者：孙荧戴璐漆楚生北京林业大学木质材料科学与应用教育部重点实验室北京100083

【目的】建立随时间变化的古建筑残损木构件多因子强度退化模型,验证基于概率密度演化方法对残损木构件进行可靠度分析的适用性,提高古建筑残损木构件可靠度分析的计算精度和效率,为古建筑保护中构件力学性能的量化和评估提供科学依据... 详细信息

【目的】建立随时间变化的古建筑残损木构件多因子强度退化模型,验证基于概率密度演化方法对残损木构件进行可靠度分析的适用性,提高古建筑残损木构件可靠度分析的计算精度和效率,为古建筑保护中构件力学性能的量化和评估提供科学依据。【方法】综合考虑长期荷载、腐朽、虫蛀和干缩开裂对木材损伤的影响,借助已有模型和理论,建立木构件多因子损伤时变模型并推导出强度退化模型。以某古建筑木结构的典型柱为例,根据强度退化模型确定影响参数,对残损影响参数进行灵敏度计算及排序,通过设定阈值确定影响构件残损的关键参数,将非关键参数常数化以实现参数的初步降维。通过拉丁超立方法在关键参数的参数域内选点得到1000组代表点,基于强度退化模型计算残余强度变化率,根据概率密度守恒构建概率密度演化方程,利用差分法求解得到残余强度比与随机参数的联合概率密度函数,在随机参数域内积分求得残余强度比随时间变化的概率密度函数,最后将概率密度函数在安全域内积分得到构件可靠度;同时基于蒙特卡罗法随机抽样产生10000组参数数据对残损木柱进行可靠度分析,对比分析两种方法计算出木柱服役时间为1~1000 a时的失效概率。【结果】随服役时间增加,木柱损伤变量逐渐增大,服役时间为1000 a时1000组不同参数值的构件几乎都达到失效界限;概率密度演化曲面中概率最高的残余强度比逐渐减小;构件失效概率随时间增大,即可靠度降低;服役时间为100、300、500、700、900 a的5个节点,蒙特卡罗法和概率密度演化方法计算所得的木柱失效概率差值分别为9.48%、3.92%、6.10%、8.40%、4.40%,在蒙特卡罗法参数取样量更多、计算用时更长的前提下,两者计算所得失效概率差值不超过10%。【结论】建立的多因子强度退化模型可用于木柱残余强度的评估和预测,但仍需要进一步的修正。基于概率密度演化方法对残损木构件进行可靠度分析是可行的,与蒙特卡罗法相比具有更高的效率。

关键词：残损木构件强度退化模型概率密度演化方法可靠度评估

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SiO_(2)微球的制备及其在木材表面的结构生色

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北京林业大学学报 2023年第3期45卷 137-144页

作者：李元元任瑞清陈瑶高建民北京林业大学木质材料科学与应用教育部重点实验室北京100083

【目的】为丰富木制品颜色体系,探讨SiO_(2)光子晶体在木材表面结构色的构筑和生色表现。【方法】采用改进的St?ber方法制备不同粒径的SiO_(2)微球,通过重力沉积自组装法在木材基底上构建了SiO_(2)光子晶体结构色。利用X射线衍射、傅里... 详细信息

【目的】为丰富木制品颜色体系,探讨SiO_(2)光子晶体在木材表面结构色的构筑和生色表现。【方法】采用改进的St?ber方法制备不同粒径的SiO_(2)微球,通过重力沉积自组装法在木材基底上构建了SiO_(2)光子晶体结构色。利用X射线衍射、傅里叶红外光谱表征了SiO_(2)微球的组成和结构,通过扫描电子显微镜表征微球的外观形貌及其在木材基底上的排布方式,并分析了不同处理工艺下的微球粒径分布。通过数码相机和紫外–可见吸收光谱仪对木材表面SiO_(2)结构生色的色度参数及紫外–可见光反射率进行了分析。【结果】X射线衍射、傅里叶红外光谱证实了本研究中所制备的反应产物都是纯相无定形SiO_(2),适用于构筑呈色良好的结构色涂层。制备配方只控制了乙醇添加量,添加量分别为80、85、90、95、100、105 mL,生成了单分散性良好的SiO_(2)微球,粒径分别对应为294、246、226、214、194、181 nm。参与自组装的SiO_(2)粒径依次减小,薄膜颜色由红色逐渐变为绿色、蓝绿色,最后到深紫色、紫色、淡紫色,紫外反射波长逐渐减小,颜色发生蓝移。SiO_(2)微球在木材基底表面呈现三维有序的面心立方结构堆积,因环境扰动会出现裂隙、缺失等组装缺陷,但不会影响整体呈色。【结论】只通过控制乙醇的添加量,就可以获得适用于构建光子晶体结构色的6种不同粒径的SiO_(2)颗粒;不同粒径的二氧化硅微球在木材基底自组装后形成鲜艳明亮的结构色,且结构色涂层的颜色会因参与自组装的微球粒径减小发生蓝移。本研究为大规模制备木材表面结构色涂层提供了一种简单新颖的方法,可以丰富木制品颜色体系。

关键词：光子晶体结构色重力沉积自组装 SiO_(2)微球木材颜色

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