本書內(nèi)容包括:木質(zhì)材料概述;導(dǎo)電材料概述;木基導(dǎo)電材料研究現(xiàn)狀;材料與方法;結(jié)果與分析;試驗材料與儀器;低溫隔氧還原法試驗的結(jié)果與分析;高溫碳化法制備導(dǎo)電材料等。
人類歷史發(fā)展的長河中,木材作為一種綠色、天然、可再生的結(jié)構(gòu)材料,在眾多領(lǐng)域中發(fā)揮著重要作用,但其含水率受環(huán)境的影響,且木材加工過程產(chǎn)生的廢料及實際使用中淘汰的廢料存在占地面積大、難降解、易滋生大量有害微生物等弊端,這也極大地影響著木材的應(yīng)用范圍。同時,隨著社會的進步,木材作為一種絕緣性材料,也極大地限制了其在導(dǎo)電領(lǐng)域的應(yīng)用。因此,在科技飛速發(fā)展的今天,將廢棄木質(zhì)材料進行資源化利用,如賦予其導(dǎo)電性能是一個極具歷史使命的任務(wù)。
現(xiàn)有導(dǎo)電材料中的金屬,其資源日益枯竭,且具有冶煉過程中的環(huán)境問題較嚴重、加工較難、成品質(zhì)量重、對電磁波的強烈反射作用易引起二次干擾等缺點,限制了它的適用性。導(dǎo)電聚合物、炭系材料及表面活性劑易發(fā)生凝聚,需借助其他基質(zhì)材料加工制作。因此,為緩解不可再生資源的壓力,減緩日益嚴重的環(huán)境問題,探索綠色無污染的導(dǎo)電材料迫在眉睫。
木材是一種具有微米至納米級多尺度結(jié)構(gòu)的綠色絕緣材料,具有可再生、隔聲、調(diào)溫調(diào)濕及裝飾性能等優(yōu)點,其天然的骨架形態(tài)可作為生成其他材料的基質(zhì)模板,多孔通道表面富含大量的活性位點(碳自由基)和基團(游離性羥基、羧基等),可進行一系列的物理、化學(xué)反應(yīng)。廢棄木質(zhì)材料賦予木材導(dǎo)電性能后,其除可作為抗靜電材料、電磁屏蔽材料、電熱材料、儲能材料應(yīng)用于綠能電子、生物裝置系統(tǒng)、超級電容器、太陽能電池、集成電路模板等微電子元件領(lǐng)域外,還可應(yīng)用于數(shù)據(jù)傳感、醫(yī)學(xué)、有機半導(dǎo)體等領(lǐng)域,且也避免了廢棄木質(zhì)材料帶來的一系列環(huán)境問題。
本書共分為3部分。首先,以實體人工林楊木為基質(zhì)模板,將氧化石墨烯(GO)前驅(qū)體進行浸漬處理,采用綠色化學(xué)法、間歇式機械力熱壓法、隔氧熱還原法致使還原性氧化石墨烯(rGO)在木材基質(zhì)模板中原位生長,制備出3種新型三維導(dǎo)電木材,并對rGO在3種條件下的生長機理、材料的導(dǎo)電機理、材料的電磁屏蔽一吸波性能及物理力學(xué)性能進行了探討。其次,以速生林北京楊為試材,硫酸銅為金屬鹽,乙二胺四乙酸二納和酒石酸鉀鈉為雙絡(luò)合劑,次亞磷酸鈉為還原劑,硫酸鎳為催化劑,氫氧化鈉為pH調(diào)節(jié)劑,利用真空浸漬法和基于活立木蒸騰作用的點滴注射法將前驅(qū)體溶液導(dǎo)入試材內(nèi)部,制備新型的金屬絡(luò)合物改性木材,賦予實體木材導(dǎo)電性能。測量不同工藝條件下金屬絡(luò)合物改性木材的導(dǎo)電性能,確定最佳工藝,且通過X射線衍射儀(XRD)、傅立葉紅外光譜儀(FTIR)、掃描電子顯微鏡(SEM)和光電子能譜儀(EDX)對金屬絡(luò)合物改性木材的結(jié)構(gòu)形貌進行表征。最后,以楊木為基質(zhì)模板,氧化石墨烯(GO)為分散液,并以溶液共混的方式配制得到GO&CuSO4分散液,利用化學(xué)還原和物理熱還原相結(jié)合的方法,制備出3種新型實體木材電熱材料,對制備的rGO@木材、rGO&Cu@木材和rGO/Cu/rGO@木材3種電熱材料進行電、熱、力學(xué)一尺寸穩(wěn)定性能及電熱機理分析。
王麗,女,工學(xué)博士,碩士研究生導(dǎo)師。全國分析測試中心協(xié)會會員、包頭市檢驗檢測與認證專家。主要從事廢棄木質(zhì)材料的資源化利用、綠色儲能材料、木質(zhì)功能吸附材料及木質(zhì)材料的微波熱解處理技術(shù)及產(chǎn)品利用的研究工作。主持參加國家自然科學(xué)基金、內(nèi)蒙古自治區(qū)自然科學(xué)基金、內(nèi)蒙古直屬高校科研業(yè)務(wù)項目、內(nèi)蒙古大型儀器平臺項目、內(nèi)蒙古自治區(qū)應(yīng)用技術(shù)研究與開發(fā)資金項目、內(nèi)蒙古科技大學(xué)科研啟動項目等,在國內(nèi)外高水平期刊發(fā)表論文20余篇,其中,以首作者在Materials Today Sustainability、《材料導(dǎo)報》(EI收錄)、《安全與環(huán)境學(xué)報》等期刊發(fā)表論文10篇,本書的內(nèi)容被授權(quán)了3項發(fā)明專利。
張曉濤,女,教授,博士,博士研究生導(dǎo)師。全國木材科學(xué)學(xué)會委員、內(nèi)蒙古自治區(qū)化學(xué)學(xué)會理事、內(nèi)蒙古自治區(qū)科技廳入庫專家、內(nèi)蒙古自治區(qū)高新技術(shù)企業(yè)評審專家、內(nèi)蒙古人才發(fā)展集團智庫專家等。主要從事林業(yè)科學(xué)領(lǐng)域中木質(zhì)纖維素基功能吸附材料、木質(zhì)基導(dǎo)電材料、生物質(zhì)環(huán)境材料的構(gòu)筑及光催化降解多種污染物的研究工作。獲梁希林業(yè)科學(xué)技術(shù)獎二等獎、內(nèi)蒙古自治區(qū)自然科學(xué)獎二等獎各1項,內(nèi)蒙古自治區(qū)“草原英才”工程青年創(chuàng)新人才。主持并參加國家“十三五”重點研發(fā)項目、國家自然科學(xué)基金等。在國際知名期刊JMCA等發(fā)表學(xué)術(shù)論文40余篇,其中以首作者及通訊作者發(fā)表SCI收錄論文26篇。授權(quán)國家專利22件、國際專利3件。參與起草國家林業(yè)行業(yè)標準1項、內(nèi)蒙古自治區(qū)地方標準1項、內(nèi)蒙古自治區(qū)行業(yè)標準1項、內(nèi)蒙古自治區(qū)團體標準1項。編著學(xué)術(shù)專著2部,規(guī)劃教材3部。登記內(nèi)蒙古自治區(qū)科技成果2項。研發(fā)內(nèi)蒙古自治區(qū)新產(chǎn)品2項等。指導(dǎo)學(xué)生獲中國研究生鄉(xiāng)村振興科技強農(nóng)+創(chuàng)新大賽二等獎,第八屆中國“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽國家銅獎,第八屆內(nèi)蒙古自治區(qū)“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽自治區(qū)金獎,第七屆中國“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽校賽金獎等。
前言
作者簡介
1 緒論
1.1 木質(zhì)材料概述
1.1.1 我國木材資源與利用現(xiàn)狀
1.1.2 人工林楊木及其功能性改良
1.2 導(dǎo)電材料概述
1.3 木基導(dǎo)電材料研究現(xiàn)狀
1.3.1 木基導(dǎo)電材料的制備方法
1.3.2 導(dǎo)電機理的分析
1.3.3 木基導(dǎo)電復(fù)合材料性能評價與表征技術(shù)
1.3.4 木基導(dǎo)電復(fù)合材料的功能與應(yīng)用
2 實體木材基質(zhì)模板與氧化石墨烯前驅(qū)體的制備
2.1 材料與方法
2.1.1 試驗材料
2.1.2 試驗儀器設(shè)備
2.1.3 實體木材基質(zhì)模板的制備
2.1.4 GO前驅(qū)體的制備
2.1.5 實體木材/rGO復(fù)合材料制備工藝
2.1.6 導(dǎo)電材料的表征
2.2 結(jié)果與分析
2.2.1 實體木材基質(zhì)模板孔隙連通性分析
2.2.2 石墨粉粒度與GO分散液的關(guān)系
2.3 本章小結(jié)
3 綠色化學(xué)法制備木材/石墨烯導(dǎo)電材料
3.1 材料與方法
3.1.1 試驗材料
3.1.2 試驗儀器設(shè)備
3.1.3 材料制備工藝流程
3.1.4 表征方法
3.2 結(jié)果與分析
3.2.1 還原劑對材料導(dǎo)電性能的影響
3.2.2 優(yōu)化條件下復(fù)合材料的制備與性能
3.2.3 RGO在木材基質(zhì)模板內(nèi)部的生長機理及導(dǎo)電機理分析
3.2.4 三維各向異性導(dǎo)電木材的性能分析
3.2.5 三維導(dǎo)電線路的結(jié)構(gòu)分析
3.2.6 導(dǎo)電材料的成分分析
3.2.7 導(dǎo)電材料的電磁屏蔽一吸波性能分析
3.2.8 導(dǎo)電木材的物理力學(xué)性能分析
3.3 本章小結(jié)
4 間歇式機械力熱壓法制備木材/石墨烯導(dǎo)電材料
4.1 材料與方法
4.1.1 試驗材料
4.1.2 試驗儀器設(shè)備
4.1.3 材料制備
4.2 結(jié)果與分析
4.2.1 試驗因素對材料導(dǎo)電性能的影響
4.2.2 材料三維導(dǎo)電性的分析
4.2.3 材料的導(dǎo)電機理分析
4.2.4 導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)分析
4.2.5 導(dǎo)電材料的成分分析
4.2.6 電磁屏蔽一吸波性能分析
4.2.7 導(dǎo)電材料的物理力學(xué)性能分析
4.3 本章小結(jié)
……
5 熱法還原制備木材/石墨烯導(dǎo)電材料
6 真空浸漬法制備金屬絡(luò)合物改性木材
7 利用活立木蒸騰作用制備金屬絡(luò)合物改性木材
8 石墨烯@木材電熱材料的制備及其性能研究
參考文獻
附錄 已發(fā)表學(xué)術(shù)論文