微波辅助低温水热共溶剂法木材表面纳米晶层可控生长机制及功能效应

在木材表面合成无机纳米晶层不但可以对木材基体起到显著的保护作用,也可以使木材的表面具有全新的性质,是一种低成本、高附加值、对环境无污染的木材功能性改良方法。本项目提出以低温水热共溶剂法结合微波辅助晶化为主要技术，研究在木材表面原位生长TiO2、ZnO、CaCO3、SiO2、Al2O3、CuO、MgO、ZrO2等纳米晶层的工艺方案,研究木材表面二元、三元混晶平衡体系的复合方式及协同效应,研究木材表面纳米晶三维结构阵列形成和自组装的技术方法,分析前驱体配比、塑形剂、化学环境、温度、压力、时间、微波功率等对晶相形成的影响,摸索晶型、粒径尺度、形貌、理化性质和表面性质的控制关键因素,研究晶层对木材的保护作用以及产生的自洁、抑菌、电磁屏蔽、光催化分解VOCs等表面功能效应,总结木材组分与纳米晶单元的复合模式及生长调控机制,为发展这种成本低、易实现、具有可扩展性和工业发展前景的技术方法提供理论指导。

在木材表面合成无机纳米晶层不但可以对木材基体起到显著的保护作用，也可以使木材的表面具有全新的性质，是一种新兴的木材功能性改良思路。本项目提出以低温水热法结合微波辅助晶化的技术，研究在木材表面合成功能性纳米晶层的理论和技术。通过胶合化学和聚电解质层层组装技术解决了在木材表面均匀布植纳米晶种的难题，以此作为核生长点，使纳米粒子能够在木材表面原位生长，有效防止了团聚。采用微波辅助的方法来代替传统水热合成，从而缩短了反应时间，提高了制备效率和效果。课题还解析了无机纳米晶体在木材表面的可控生长机制；研究了晶体形貌、性质的关键影响因素；首次探索了二元混晶体系在木材表面的合成，探索了木材表面自组装生长纳米棒阵列的技术方法；充分研究了所获的木材/纳晶复合材的表面视觉性质、耐光、拒水、抑菌、耐燃等性能，考察了晶层衍生的疏水、电磁屏蔽、光催化分解有机挥发物等功能。通过全面探究并揭示纳米晶相单元在木材表面的结合生长机制，丰富木材-无机纳晶复合的理论方法和技术模式，为发展这种容易实现和具有工业发展前景的技术方法提供了理论指导。已发表SCI论文5篇，其中4篇发表在国际木材科学领域权威期刊《木材科学》（德国）上，在国际同领域的研究中产生一定的影响。研究成果同时还申请发明专利3项，1项已获得授权；在科学出版社出版专著1部。培养博士研究生2名、硕士研究生3名。主持人入选“万人计划”青年拔尖人才计划，获得中国林业青年科技奖。