糠醇-己内酰胺协同改性松木理化性能

糠醇改性木材拥有较多的优点,如优异的耐腐性、耐候性、硬度等,然而经过糠醇改性的木材脆性增加,抗弯性能以及抗剪切性能均有所降低。这一缺点极大限制了糠醇改性木材的应用范围,可通过加入柔性物质己内酰胺以提高糠醇改性木材的韧性。己内酰胺是聚酰胺切片的原材料,韧性较强,常用来制备纤维等柔性材料。将己内酰胺与糠醇复合改性剂协同处理马尾松,通过X射线能谱仪(EDS)、抗弯性能分析、数字图像分析(DIC)以及接触角测试分析研究协同改性对松木早晚材微观构造、元素分布、力学性能和疏水性等的影响。能谱结果表明:由于早晚材结构差异,协同改性剂在早材细胞壁和细胞腔中反应程度更高,聚合物含量更丰富。晚材构造阻碍了改性剂在其内部的渗透,导致晚材反应程度低于早材。木材疏水性结果表明,协同改性大幅提高了木材的疏水性。力学性能以及数字图像分析结果表明,协同改性不仅提高了木材的静曲强度和弹性模量,而且降低了糠醇改性导致的木材脆性。

我国竹材制浆造纸生产及高值化加工利用现状

我国拥有竹林面积约550万hm^2.竹材的纤维形态、化学成分基本介于针叶木和阔叶木之间,是优良造纸纤维原料,可用于制浆造纸和提取竹原纤维漂白竹浆的品质与木浆相当虽然竹子存在半纤维素和灰分含量较高等不足,但其α-纤维素含量较高,可制取高得率级溶解浆竹浆是中国造纸工业鼓励发展的浆种,目前产能200万t/a以上:竹浆厂每年产生大量的纤维类废弃物以竹浆生产为主线,提供多种高附加值产品,将是未来竹浆企业获得可持续健康发展的盈利模式。生产溶解浆、生活用纸等新型差异化终端产品,并对制浆过程产生的纤维类废弃物进行高附加值综合利用,制备阻燃型保温材料、乙醇和丁醇等生物质燃料,以及纳米纤维素微晶产品,是现在竹浆企业可供选择的发展路径竹原纤维,具有天然抗菌抑菌性、吸湿除臭、抗紫外光、隔音隔热性等功能特性,是生产高档服装、吸附材料和隔热隔音材料的良好纤维原料竹原纤维的生产目前已实现工业化,但产业规模有待提高,产品标准亟待制定和完善.

水热或碱预处理协同无机硅矿化竹材性能

水热处理和碱处理诱导竹材细胞壁组分降解和小分子物质的溶解,可缩短无机硅在竹材内的有效渗透路径,提供额外的微/纳米通道和沉积空间。以四年生毛竹为研究对象,采用显微观察技术、傅里叶变换红外光谱技术和X射线衍射技术等,探究水热处理和碱处理对竹材微观结构、液体渗透性和化学组成的影响,揭示预处理方式对无机硅矿化竹材疏水性、力学性能和热稳定性等性能的作用机制。结果表明:相比于水热处理,碱处理对细胞壁中半纤维素和木质素的降解效果更为显著,构筑了疏松的细胞壁结构状态。但碱处理过程中的降解作用,在一定程度上给竹材的吸水性、吸湿性、表面硬度和力学性能等带来负面影响。无机硅矿化作用可以弥补上述负面作用,以改善竹材的疏水性、阻湿性和力学性能等。同时,无机硅矿化与碱处理可协同提高竹材的热稳定性。

基于感性工学的侘寂风客厅家具创新设计与评价

为促进现代侘寂风家具设计与我国本土文化融合创新,进一步扩宽国内市场,且契合用户需求;同时为了解决当前从客厅单体家具上升到整体家具设计方案评价方面的空缺问题。通过对网购平台50件高销量的现代侘寂风家具进行市场调研、收集15件中国唐代传统设计参照样本、网络收集105份用户需求问卷调研,生成了10件侘寂风客厅单体家具创新设计方案;以感性工学的语义分析评价方法为基础,获取用户对单体家具方案的感性评价数据,借助SPSS软件对评价问卷进行信效度分析和样本聚类分析,验证了设计方案风格一致且与用户需求相关有效。根据排列组合,在32种整体方案中量化分析得到最契合用户需求的侘寂风客厅整体家具创新设计方案。本研究结论得出,使用感性工学的语义分析法能够较好地对家具设计方案进行量化分析与评价,并为单体家具设计方案到家具整体方案分析、评价、决策提供参考。

基于改进YOLOv7的苹果生长状态及姿态识别

针对目前苹果在复杂环境下难以进行生长状态分类识别、姿态信息同步获取等问题,该研究提出了一种基于改进YOLOv7的苹果生长状态分类和果实姿态融合识别方法。首先改进多尺度特征融合网络,在骨干网络中增加160×160的特征尺度层,用于增强模型对微小局部特征的识别敏感度;其次引入注意力机制CBAM(convolutional block attention module),改善网络对输入图片的感兴趣目标区域的关注度;最后采用Soft-NMS算法,能够有效避免高密度重叠目标被一次抑制从而发生漏检现象。此外,结合UNet分割网络和最小外接圆及矩形特征获取未遮挡苹果姿态。试验结果表明,改进YOLOv7的识别精确率、召回率和平均识别精度分别为86.9%、80.5%和87.1%,相比原始YOLOv7模型分别提高了4.2、2.2和3.7个百分点,另外苹果姿态检测方法的准确率为94%。该文模型能够实现苹果生长状态分类及果实姿态识别,可为末端执行器提供了抓取方向,以期为苹果无损高效的采摘奠定基础。

预浸渍溶出物对巨尾桉机械浆漂白性能的影响

以巨尾桉热磨机械浆为研究对象,研究了3种化学品用量下(氢氧化钠10 kg/t、氢氧化钠30 kg/t、氢氧化钠10 kg/t+过氧化氢30 kg/t),3种预浸渍溶出物保留工艺对后续浆料漂白性能的影响。利用元素分析及裂解气质联用,比较了3种预浸渍溶出物的化学结构。结果表明,预浸渍处理浆的漂白性能均比桉木单段漂浆料漂白性能有较大提升,不同化学品用量预浸渍处理产生的预浸渍溶出物,在不同保留程度下,会对后续浆料的漂白性能有不同程度的负面作用。浆料中氮元素的溶出程度与浆料后续漂白性能的提升具有一定关联性。

基于1DCNN融合多源表型数据的杨树干旱胁迫评估方法

目前关于不同杨树品种抗旱性的研究主要集中在利用传统测量方法获取形态结构和生理生化表型参数进而分析杨树的抗旱性,依据多源成像传感器提取的表型参数指标确定杨树干旱胁迫等级的方法较为少见。为了阐明杨树耐旱的表型机制、筛选抗旱性树种和明确杨树抗旱等级,本文以杨树不同性别的喜水和耐旱品种为研究对象,在杨树苗期进行梯度干旱胁迫处理,通过热红外以及RGB多源成像传感器获取杨树冠层温度参数与颜色植被指数表型数据,并建立基于1DCNN的多任务分类模型划分杨树苗期品种抗旱等级与干旱胁迫等级等2个分类任务,探究杨树性别与生长时间对杨树干旱胁迫响应机制的影响。结果表明,以27组数据变量降维后的4个特征作为模型变量,与传统机器学习算法SVM、RF、XGBoost相比,本文提出的1DCNN多任务分类模型在杨树品种抗旱等级分类与单株干旱胁迫等级分类2个任务中的模型分类精度皆达到最优,分类准确率分别为81.8%和62.3%;引入杨树的性别和生长时间后共6个特征作为模型的输入变量后,杨树苗期品种抗旱等级与干旱胁迫等级的分类精度显著提高,1DCNN多任务分类模型在2个分类任务中的准确率分别达到93.5%与76.6%,模型分类准确率分别提高11.7个百分点与14.3个百分点。研究结果表明,通过热红外与RGB成像传感器获取多源表型数据,并建立1DCNN多任务分类模型对实现杨树干旱胁迫等级评估的可行性,同时表明杨树的性别和生长时间作为模型输入变量能够有效提升模型的分类精度,可为筛选杨树抗旱性品种提供新的思路与方法。

深度学习在林果品质无损检测中的研究进展

林果品质与消费者和果农密切相关,在保障消费者安全、优化运输贮藏、改善后续分级、实现优质优价、提高果农收益等方面均有重要作用,然而传统的林果品质检测方法存在效率低、检测范围有限和鲁棒性差等问题。近年来,随着深度学习的迅猛发展,林果品质无损检测技术也取得了突破性的进步。该研究梳理了目前主流的深度学习模型及其作用,然后从林果安全品质、外部品质和内部品质3个方面阐述了深度学习的研究进展,发现卷积神经网络是林果品质无损检测领域应用最广泛的深度学习模型。同时结合深度学习应用现状与模型不足分析了该领域仍存在数据质量低、模型泛化能力差、实际部署困难等问题,提出未来应围绕数据增强与评价指标、建立公共数据集、多模态融合、模型融合、元学习、拓展应用、模型压缩等方面展开研究。该文旨在为深度学习在林果品质无损检测中的进一步发展提供参考,以加快林果产业的数字化、信息化进程。

叶片风振响应空间运动姿态及雾滴沉积效果分析

风送喷雾技术可有效提升雾滴向冠层内部的输送能力,增强雾滴在树冠各处的覆盖均匀性,但气流对单一叶片的动态响应及雾滴沉积的细观作用效果还不清楚。该研究通过风洞内的稳定气流对单一梨树叶片进行风振响应试验,追踪叶片表面代表叶片形态的4个特征点,构建模拟叶片的三维空间运动模型,分析研究特征点的空间运动轨迹及叶面雾滴沉积效果。研究结果表明:低于临界风振响应速度,叶片基本稳定于一定抬升角位置,大于等于临界风振响应速度,叶片的稳定状态才会破坏,出现大幅度的摆动与翻转的复合运动响应,且运动响应具有周期性特征。对应5、7和9 m/s风速下,在一个周期内叶尖的空间运动总行程分别为180.61、1140.77、766.33 mm,叶片总扭转角分别为290.7°、896.8°、716.2°。雾滴沉积试验中,风速低于5m/s,雾滴主要沉积于面向气流方向的叶面,随着气流速度增大,正面雾滴沉积覆盖率由43.2%逐渐减小为10.3%;大于等于风速5m/s时,叶片正反两表面均有雾滴沉积,但雾滴主要沉积亲水性较好的叶片反面上。提出了应用叶片的空间运动瞬时位置的实际坐标构建模拟叶片位姿,可清晰体现叶片的空间位姿及运动过程。研究结果可进一步揭示风送喷雾过程中载雾气流与动态叶片的沉积作用机理。

基于多视角图像形态颜色纹理特征融合的生物量获取

可见光成像以其快速、经济和非破坏性等优势,正成为高通量植物表型和遗传研究的有效工具,但仍有待解决基于可见光图像评估肉眼不可见的产量表型特性。本文针对植物叶片遮挡重叠及变量尺度单一导致图像数据精度受限的问题,提出了一种利用多视角图像融合多类别特征评估高粱地上生物量的技术方法。对15个种质基因的300株高粱进行了双因素(水分和养分)双水平(高和低)试验。基于旋转平台,利用可见光相机对每株高粱等角度间隔自动采集10幅侧视图像和1幅俯视图像,通过植物掩膜图像提取每株高粱形态特征(俯视、侧视投影面积)、颜色特征(RGB像素值)与纹理特征(均值、协方差、同质性等),将多个视角下的信息平均化处理,并基于图像R、G、B像素值构建16个颜色植被指数。结果表明,相对于考虑单一类型变量和单视角下的图像信息,基于多视角平均化图像信息融合形态、纹理、颜色特征能显著增加对高粱地上生物量表型的获取能力。利用SVR、RF、BPNN算法融合21组优化图像数据变量构建高粱地上生物量回归模型,精度最高的RF算法模型测试集决定系数R2为0.881,均方根误差(RMSE)为60.714 g/m^(2),平均绝对误差(MAE)为42.364 g/m^(2)。为进一步优化RF算法模型的参数,选取GA、GS、SSA对RF算法模型进行超参数寻优。结果表明,SSA-RF优化模型测试集R2提升至0.902,RMSE为48.706 g/m^(2),MAE为39.877 g/m^(2)。基于多视角图像形态-颜色-纹理特征融合能从有限的信息中衍生得到更多有效信息用于估测高粱地上生物量,从而为高粱生长监控、胁迫检测、水肥精确施用和良种快速筛选提供理论依据和技术支持。

脉动燃烧器研究进展及其在病虫害防治中的应用

目前,Helmholtz型脉动燃烧器被广泛应用且前景良好。其具有环保节能、燃烧效率高、传热特性佳、热效率高以及排放污染少等诸多优点。将Helmholtz型脉动燃烧器应用于病虫害防治装备的研制,对稳定作物生产、提高作物品质、增加种植效益以及发展科学植保和绿色植保具有重要意义,有助于保障生态可持续。概述Helmholtz型脉动燃烧器的工作原理,梳理脉动燃烧器的研究发展现状,总结Helmholtz型脉动燃烧器在病虫害防治方面的应用研究。目前便携式脉动燃烧病虫害防治装备存在人机工程学缺陷、土壤蒸汽消毒机热动力源耦合关系不明确、脉动燃烧机理研究不够深入且脉动燃烧器结构简单、装备智能化程度低等问题。提出应用现代化技术研究脉动燃烧机理,研制脉动燃烧病虫害防治装备新型结构与机型,运用智能化、现代化技术开发大型车载式病虫害防治机械,发展脉动燃烧病虫害防治机械智能控制模块的发展对策。

水果采摘机械手关键技术研究现状与展望

采摘机器人的研究对推动水果产业的发展有着重要作用。采摘机械手的运动规划与其硬件结构是采摘机器人的关键技术,影响水果采摘的效率与水果品质。本文分析了传统运动规划算法、基于生物智能的运动规划算法、基于概率采样的运动规划算法以及基于深度强化学习的运动规划算法等运动规划算法的优点和不足。同时总结了采摘机械手硬件结构的研发现状,指出目前采摘机械手存在采摘效率低、规划算法效率低、系统成本高与采摘对象单一等问题,对未来水果采摘机器人的研究进行了展望。本文为未来采摘机器人的研发提供了参考。

纳米纤维素疏水改性及其功能化应用研究进展

纳米纤维素作为一种生物质材料,具有高比表面积、高强度等优良性能。其表面存在大量的羟基,具备很强的亲水性。这在一定程度上影响了纳米纤维素在生物基复合材料中的分散效果,限制了它的功能化应用。因此,纳米纤维素疏水改性已成为研究焦点之一。本文讨论了利用物理、化学和聚合物接枝的方式对纳米纤维素进行疏水改性,总结了不同纳米纤维素疏水改性机制及其优缺点,分析了疏水改性纳米纤维素对机械性能、热性能和生物相容性等性能的影响。据此,概述了纳米纤维素疏水改性研究现状及其在包装、造纸和水净化等领域的功能化应用情况,为有效利用纳米纤维素提供理论策略和实践依据。最后,展望了疏水改性纳米纤维素的优势和未来应用前景。

酚酸类化合物在化妆品中的原料制备与应用

酚酸类化合物不仅具有药理作用,还具有抗氧化、抗炎、抑菌、美白、抗糖化、收敛性等护肤功效,其在化妆品领域的应用研究逐步开展。该文分别介绍了植物提取法和生物合成法制备酚酸类化合物作为化妆品原料,全面总结了这两种方法的优缺点;综述了酚酸类化合物作为一种天然化合物,通过清除自由基、抑制炎症反应、抑菌、抑制酪氨酸酶活性、加速分解肌肤中的晚期糖化终末产物等途径起到的美白淡斑、抗衰老、抗炎、屏障修护等多重护肤功效;阐述了目前酚酸类化合物在化妆品行业中的应用现状以及安全性问题,提出了酚酸类化合物生物利用度低、水溶性低等实际应用问题,采用生物基纳米颗粒负载酚酸类化合物可使部分实际应用问题得到改善。

N-异海松酰基-N′-芳杂环基硫脲类衍生物的合成及生物活性

为得到潜在的新型抑菌剂和抗肿瘤药物,笔者以异海松酸为原料,先与草酰氯反应制备得到异海松酰氯,后与硫氰化钾反应生成异海松酰基异硫氰酸酯,在此基础上与不同杂环取代胺反应,设计并合成了10个新型N-异海松酰基-N′-芳杂环基硫脲类衍生物4a~4j,采用傅里叶红外光谱(FT-IR)、氢核磁共振(1H NMR)、碳核磁共振(13C NMR)和质谱(MS)等手段确定了目标化合物的结构,研究了N-异海松酰基-N′-芳杂环基硫脲类衍生物的抑菌及抗肿瘤活性。研究结果表明,大部分N-异海松酰基-N′-芳杂环基硫脲类衍生物对金黄色葡萄球菌都具有良好的抑菌活性,其中化合物4b、4c、4d、4e和4f对金黄色葡萄球菌的最低抑菌质量浓度达到0.98μg/mL,优于对照物青霉素钠,其中化合物4h的最低抑菌质量浓度也达到15.60μg/mL;化合物4i和4j的最低抑菌质量浓度为31.30μg/mL,大部分衍生物对樟子松枯梢病菌和无壳异担子菌无明显的抑菌活性。在浓度为100μmol/L时,部分N-异海松酰基-N′-芳杂环基硫脲类衍生物具有较好的抗肿瘤活性,化合物4f和4g对肝癌细胞的体外抑制率分别为68.59%和82.30%,化合物4g对宫颈癌细胞、前列腺癌细胞和乳腺癌细胞的体外抑制率分别为80.74%、71.21%和62.14%。

等离子体改性增强农林生物质复合材料界面相容性研究进展

生物质复合材料的开发是促进生物质资源向高值化、多元化、环境化和功能化利用的重要方式,对此,生物质材料表面改性技术及其内在作用机制是当前生物质复合材料领域的主要研究内容。等离子体改性技术以速度快、能量高、功能强、污染小等优势从众多改性方法中脱颖而出,被广泛应用于改善生物质复合材料的界面结合性能。等离子体技术基于对材料表面的活化作用以及表面刻蚀作用改善生物质材料与其他异质材料的界面相容性,进而提升农林生物质复合材料的物理力学性能。本文介绍了等离子体改性生物质材料的发展历程,总结了等离子体技术对生物质材料的改性机理,重点阐述了等离子体改性技术在增强木竹/树脂复合材料、木竹/塑料复合材料、木竹/金属复合材料、木竹/增强纤维复合材料界面相容性方面的研究进展。最后,对等离子体改性农林生物质复合材料的发展方向进行了展望。

基于小样本学习和骨架提取算法的干旱胁迫杨树苗表型解析

杨树是木材生产加工的重要来源和防护林建设的重要树种,中国的杨树人工林栽培规模居世界首位。然而,全球变暖加剧使得干旱成为杨树培育中最为严重的典型的非生物胁迫,给木材原料形成、森林资源保护带来挑战。该研究采用低成本的机器视觉成像研究干旱胁迫杨树苗表型快速解析方法。首先,提出了基于YOLOv8-pose的杨树骨架提取算法,识别植株上的叶片个体及内部的关键节点,实现植株整体形态结构信息的提取。其次,引入小样本学习技术,提出基于极少量人工标注的训练数据集扩充方法,大幅降低YOLOv8-pose模型训练的人工标注成本。然后,依据杨树骨架信息计算每个叶片主叶脉、叶柄的倾角,并将倾角信息转换为频数分布,便于人工智能算法建模。最后,研究并对比了传统机器学习及深度学习分类器,选择最优算法建立干旱胁迫等级分级模型。结果表明,小样本学习YOLOv8-pose模型在叶片识别、关键点提取任务中表现优异(交并比阈值为0.5时的平均精度分别为0.798和0.914);基于一维卷积神经网络分类模型和倾角频数分布特征的杨树苗干旱胁迫等级分级模型优于其他对比方法,分类准确率为0.850。该研究提出的杨树表型解析方法可为缺水杨树识别、抗旱杨树筛选提供新的技术支持。

热敏型碳点作为温度传感材料的研究进展

高灵敏度的非接触式温度传感在活细胞及活体的生物分析、空气动力学研究、光电功能体系研究及食品货物包装涂层的温度监测等领域有着广泛的应用。荧光蛋白、有机化合物、碳点、金属纳米颗粒、稀土掺杂纳米颗粒和半导体量子点等已经被应用于温度传感器。其中碳点具有水溶性好、光稳定性高、生物相容性高、生物毒性小、制备方法简便、原材料来源丰富等优势,能克服传统金属量子点易猝灭、易团聚和对环境有害等缺点,逐渐成为其他温度传感器的替代品。本文梳理了热敏型碳点的制备方法、性能表现和应用领域,综述了其荧光变化规律和温度-荧光的线性关系,并分析总结了目前仍存在的问题及未来的发展趋势,为后续研究学者提供思考和学习的理论支撑。

土壤蒸汽消毒机的脉动燃烧器喷管结构及工作特性

为解决因连作障碍等引起的设施园艺中土壤病虫害防治问题,拟开发一种以脉动燃烧器为热动力源的土壤蒸汽消毒机。根据土壤蒸汽消毒机的最小蒸汽量为100 kg/h,确定脉动燃烧器的最小功率为28.2 kW。脉动燃烧器主要由燃烧室与喷管组成,采用长度为200、400、800、1000 mm的直喷管和800 mm的弯喷管,通过法兰拼接组合成不同长度的直喷管(600、800、1000、1400、1600、1800、2200、2600、2800、3000 mm)和弯喷管(800、1600 mm),研究不同喷管结构对脉动燃烧器启动性能、工作稳定性能等的影响。结果表明:喷管长度在800~2600 mm启动;工作频率与压力振幅呈线性关系,频率高,压力幅值大;同一长度直喷管的燃油消耗率、频率与压力振幅均大于弯喷管的,且油门开度2、3、4时弯喷管燃烧器压力振幅标准差小,具有更好的稳定性;喷管长度为1800 mm左右的直喷管脉动燃烧器性能最佳。故选择喷管长度为1800 mm的弯喷管脉动燃烧器作为土壤蒸汽消毒机蒸汽发生装置热源,既能保证脉动燃烧器的工作特性,又能促使蒸汽发生装置小型化。

基于高光谱成像技术的宁夏枸杞产地溯源鉴别

本研究基于高光谱成像(400~1000 nm)结合化学计量学开发一种用于识别枸杞产地多元化的检测方法。获取宁夏、甘肃、内蒙古、青海和新疆5个不同产地的枸杞高光谱图像,并基于阈值分割方法从感兴趣区域提取光谱数据。同时使用多种预处理方法消除光谱的干扰信息,研究表明基于归一化反射光谱的判别模型表现出较好的性能。进一步地采用连续投影算法、竞争性自适应重加权算法(competitive adaptive reweighted sampling,CARS)、粒子群优化算法、迭代保留信息变量算法(iteratively retaining informative variables,IRIV)和CARS+IRIV选择特征波长。研究结果表明CARS+IRIV选取波长建立的简化模型性能最优,从二元分类到五元分类模型,特征波长仅占全波长的15.6%~27.7%,预测集准确率分别为97.7%、90.9%、89.2%、87.1%。此外,为了更加直观辨别分类种类,使用混淆矩阵可视化最佳简化分类模型。在对宁夏枸杞分类中获得了令人满意的灵敏度、特异性和Kappa系数。综上,高光谱成像技术结合化学计量学方法可有效鉴别枸杞产地,可为枸杞产业发展提供关键技术支撑。