大学生专业素质提升途径探索——以西南林业大学木材科学与工程专业为例

专业素质作为大学生综合素质提升的核心要素,是教育现代化与创新人才培养必不可少的重要环节。为培养具有过硬本领的木材科学与工程专业技术人才,主动融入国家经济发展需求,本文对木材科学与工程专业学生专业素质现状进行分析,并提出相应的改革措施及思路,以期为培养高素质创新型人才提供支持。

基于中美涉林高校比较的材料专业培养方向和课程设置探究——以西南林业大学为例

为促进我国“两山理论”新形势下“高污染、高耗能”等传统材料产业的转型升级,积极推进资源的高效循环利用和战略性绿色新材料产业的发展,充分发挥西南地区林木生物质资源丰富的优势,西南林业大学材料科学与工程专业在比较研究中美涉林高等院校材料专业培养方向和课程设置的基础上,以“强特色”“厚基础”和“重实践创新”三大人才培养特征为指引,将林木生物质基新材料作为专业建设和发展的新增长点,确立了以“生物质/X复合材料”为特色的专业培养方向,设置了“生物质资源材料学”“生物质复合材料学”“生物质材料表面工程”“生物质/高分子复合材料学”“生物质/金属复合材料学”“生物质/无机非金属复合材料学”“生物质纤维增强复合材料”“生物质能源材料”和“生物质前沿新材料”等的专业特色课程。通过实施基础知识与创新思维联合强化训练和阶梯式综合实践创新能力提升训练的创新人才培养模式,西南林业大学培养了具备扎实专业基础知识且掌握各类生物质复合材料设计开发、加工制造和应用创新能力的材料科学与工程专业的高素质复合型人才。

雨课堂在“家具设计基础”课程教学中的应用——以西南林业大学为例

基于对西南林业大学智慧教学发展现状的相关分析,以"家具设计基础"课程的雨课堂教学实践为例,对比了雨课堂教学与传统教学模式的差异,并设计了基于雨课堂的混合式教学活动。在此基础上,面向学生进行了雨课堂教学成效的问卷调查及数据分析,结果显示:雨课堂增强了学生对该工具的认识;大部分学生希望教师使用雨课堂工具上课;"课上推送的PPT"和"随堂推送的测验题"等对学生学习帮助较大,每次课推送4～6道题最合适;"发红包""弹幕"和"投稿"等小工具可以很好地解决学生抬头率低的问题。"家具设计基础"课程实施雨课堂教学后,提升了教学效果和学生学习的积极性。

新型MOF@木材复合材料的制备及其染料吸附和阻燃性能研究

金属-有机骨架(MOF)晶体的实际应用通常受其粉末形态的限制。将天然轻木作为基体负载MOF颗粒,采用简便通用的生长策略成功制备了一系列新型MOF@木材(MOF=UiO-66,ZIF-8和ZIF-67)复合材料,并系统研究了其微观结构、阻燃性能及其对亚甲基蓝(MB)染料的吸附行为。研究结果表明,不同晶粒尺寸和形貌的MOF引入木材基体后,大量均匀分布在木材支架内的管腔表面并保持了其结晶度。其中,ZIF-8@木材具有更加优异的MB吸附能力,对MB的去除率为82.5%,最大吸附量可达210.9 mg·g_(-1)。吸附过程符合伪二阶动力学模型,说明MOF@木材对MB的吸附主要为化学吸附。此外,UiO-66的掺入对木材基体早期热稳定性和炭层形成的影响优于ZIFs。相比于天然木材,UiO-66@木材的热释放峰值(PHRR)由94.5 W·g_(-1)急剧降至36.5 W·g_(-1),总热释放量(THR)从7.7 kJ·g_(-1)下降到5.4 kJ·g_(-1)。同时,在800℃的炭化率显著提高了84.8%。本研究为设计和构筑功能化MOF@木材复合材料提供了新的途径,可能促进其在环境和绿色建筑等领域的应用。

木材科学与工程专业创新教育实践模式的研究

为提高木材科学与工程专业学生的创新实践能力,提出了创新教育理论、强化实践教育、加强创新实践教学平台建设、培养学生创新实践能力和坚持"产学研"相结合等创新教育实践模式的改革措施,以满足目前社会对木材科学与工程专业学生创新实践能力的要求。

木材科学与工程专业多元化人才培养模式改革研究

为主动融入国家和地方经济社会发展的战略需求,西南林业大学木材科学与工程专业以多元化人才培养为目标,积极实施创新人才培养模式的各项改革措施,从改进新生专业教育、优化培养方案、夯实导师制度、增强校企协同育人机制、加强国际交流与人才培养、优化毕业论文/设计考查机制、加大专业文化建设等方面切入,以期培育出能够支撑产业升级转型的各级各类优秀人才。

半纤维素/木质素及其衍生物作为3D打印材料研究综述

3D打印作为新型的制造技术,具有广阔的发展前景,其中成型材料是发展重点。木质纤维作为自然界中最常见的天然聚合物和植物资源的主要成分,具有多重优势,在生物基产品中具有巨大潜力。以半纤维素/木质素及其衍生物作为生物基原料用于3D打印,生产制造生物基3D打印产品,得到了高度关注。综述阐明基于半纤维素/木质素及其衍生物作为3D打印材料的最新进展综述,包括植物纤维基原料在3D打印中的作用和功能,同时论述了发展过程中存在的挑战和问题,并描述了其前景和机遇。

改性方法对竹束纤维及其增强环氧树脂复合材料性能的影响

竹青束纤维(BGF)、竹肉束纤维(BMF)分别取自于竹材的竹青或竹肉部位,其微观结构及力学性能等有所差异,但业界关注甚少。为研究改性方法对两种纤维束性能及其增强树脂复合材料性能的影响,使用碱、碱/γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)改性处理竹纤维(BGF、BMF)为增强体,制备竹纤维/环氧树脂(BF/EP)复合材料,并通过红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、接触角、力学性能和扫描电镜(SEM)对竹纤维及复合材料的性能进行表征。结果表明,碱(NaOH溶液)处理时,BGF的拉伸强度在5%NaOH溶液处理时最高,提高了28.2%,BMF在1%NaOH溶液处理时达到最大,提高了30.1%;碱/KH550处理时,BGF、BMF的拉伸强度降低;BF/EP复合材料断面微观形貌表明碱、碱/KH550处理的界面性能提升,且其力学性能相比未改性的显著增强,其中碱处理的BGF/EP、BMF/EP复合材料拉伸强度分别提高了27.8%、15.9%,碱/KH550处理的则分别提高38.0%、21.2%;碱处理后BF/EP复合材料弯曲强度提升较大,改性BGF/EP、BMF/EP较未处理的分别提高14.4%、15.0%。

新型Ag-Ti_2AlN电接触材料的电弧侵蚀行为研究

采用高能球磨和粉末冶金法制备出Ag-Ti_2AlN新型电接触材料,对该触头材料的电弧侵蚀行为及其机理进行了研究,并通过扫描电镜分析电弧侵蚀后触点的表面微观结构。结果表明,Ti_2AlN增强相在改善Ag基电接触材料的燃弧时间、燃弧能量和抗熔焊性能方面具有明显优势,Ag-Ti_2AlN触头在70 000次的通断循环测试中,其平均燃弧时间为5.61 ms,平均燃弧能量为59.8 mJ,平均熔焊力仅有15 cN。在气相电弧作用下,电触头阴极形成蚀坑中心如熔岩状和"汗滴"状微观组织,Ti_2AlN增强相颗粒通过Ti、Al熔入Ag熔池,来改善熔体的黏度,从而增强抗电弧侵蚀性能。另外,由于Al元素存在优先氧化机制,形成的Al_2O_3在汽化时吸收大量的热量,从而降低阳极增重,降低阳极凸起的高度,有效提高电接触材料的可靠性。

硼/氮共掺杂刀豆壳基多孔炭材料的制备及其电化学性能研究

以农林废弃物刀豆壳为原料,首先以低温炭化和KOH高温活化两步法制备高比表面积活性炭,进而以四水合五硼酸铵为硼源、氮源通过水热合成反应制备得到硼/氮共掺杂多孔炭材料。通过扫描电镜、透射电镜、氮气吸附-脱附、电感耦合等方法对材料的结构和化学特性进行表征,并采用三电极系统测试其电化学性能。研究结果表明:掺杂后的活性炭材料最大比表面积可达2859 m^(2)/g,总孔容1.34 cm^(3)/g,微孔孔容0.99 cm^(3)/g,最高硼质量分数为3.27%,氮质量分数为2.60%。基于杂原子的引入和适宜的孔隙结构的共同作用,掺杂后的活性炭材料在电流密度1 A/g条件下比电容最高达369 F/g,相应的20 A/g电流密度条件下的质量比电容为240 F/g,倍率性能优异。

纳米二氧化钛/竹材复合材料制备初探——基于空气介质阻挡放电冷等离子体技术

[目的]基于空气介质阻挡放电(DBD)冷等离子体技术制备纳米二氧化钛(TiO2)/竹材复合材料,为扩大竹材的使用范围提供参考.[方法]采用DBD冷等离子体处理竹皮表面,并浸泡在带有负电荷的不同含量(0.5%和1%,质量分数,下同)纳米TiO2溶液中,沉积一定时间(5,10 min)后取出,用蒸馏水冲洗掉表面游离的TiO2,然后在103℃干燥箱中烘干至与空气含水率平衡,将烘干后的竹皮再次经DBD冷等离子体处理,并浸泡TiO2溶液,再次干燥,如此循环,分别制备沉积1,3,5次样品,研究TiO2溶液含量、沉积次数、沉积时间对纳米TiO2/竹材复合材料表面TiO2负载量的影响.[结果]竹皮表面沉积TiO2纳米材料的负载量与TiO2溶液含量、沉积次数、沉积时间有关.采用空气DBD冷等离子体处理竹皮表面后,在1% TiO2溶液中沉积5次,每次5 min,效果较好,TiO2纳米材料负载量可达4.11 g/m2.[结论]成功制备了纳米TiO2/竹材复合材料,竹皮表面可以负载较多的TiO2纳米材料.

不同坡位轻木人工林土壤养分含量及其化学计量特征

碳(C)、氮(N)和磷(P)通常用于评估土壤质量。为了解云南西双版纳地区不同坡位轻木人工林生长土壤C、N和P含量及其化学计量特征差异,本研究通过野外调查采样与室内分析相结合的方法,以2年生轻木人工林为研究对象,分析比较上坡位和下坡位轻木人工林中土壤C、N和P的化学计量特征及其对轻木生长的影响。测定指标包括土壤有机碳(SOC)、总氮(TN)、总磷(TP)、碱解氮(AN)和有效磷(AP)含量,并评估两个坡位中SOC/TN、SOC/TP、TN/TP和AN/AP值的差异。结果表明:①下坡位轻木树高和胸径较上坡位分别显著增加23.39%和49.43%。②随着土层深度的增加,土壤SOC、TN、TP、AN和AP含量总体呈降低趋势;在3个不同深度的土层中AP含量均表现为下坡位显著高于上坡位,在20~40 cm土层中AN含量也表现出下坡位显著高于上坡位。③40~60 cm土层土壤各养分含量显著低于0~20 cm土层(上坡位TP除外),在0~60 cm 3个不同深度的土层中,AN/AP值均表现为上坡位显著高于下坡位;20~40 cm和40~60 cm土层中,SOC/TP值均表现为下坡位显著高于上坡位。④相关分析和主成分分析结果表明,在上坡位中,主要由SOC/TP、AN/AP和SOC/TN值反映土壤肥力情况;在下坡位中,主要由AP、AN和SOC含量反映土壤养分情况。综上,下坡位轻木的生长状况显著优于上坡位,土壤SOC、AP和AN含量对轻木的生长起关键性作用,也反映了TP、TN与AP、AN的转化情况;AN/AP值反映土壤中养分的可利用效率,对轻木的生长有直接相关作用,可作为当地评估林地养分是否缺失的信号。

Cu2CdSnS4电子结构与光学性质的第一性原理计算

本文采用基于密度泛函理论(DFT)框架下广义梯度近似(GGA)的PBE平面波超软赝势方法,计算了Cu2CdSnS4四种结构(W-KS、W-ST、KS和ST)的结构性质、能带结构和光学特性。计算结果表明,Cu2CdSnS4的四种结构表现出p型的直接带隙半导体,KS、ST、W-KS和W-ST相的带隙计算值分别为1.1 eV、0.96 eV、1.3 eV和1.0 eV。相比于其他三种结构,KS相结构具有较大的静电常数和吸收系数,有潜力成为薄膜太阳电池的吸收材料。

西南桦木材表面的硅烷化及憎水和憎油特性

目的解决制备憎油性材料时对含氟化合物的依赖,减小木材对水和油的吸收性,赋予木材表面双憎功能。方法采用甲基三甲氧基硅烷(MTMS)与0.1 mol/L的盐酸以4∶1的体积比混合,并置于冰浴中超声水解不同的时间,将木材放入水解溶液中浸渍处理5 min,利用X-射线光电子能谱仪(XPS)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)分析改性前后木材表面的元素组成及化学结构,借助接触角测量仪考察改性木材对水和油的润湿特性,计算其吸水率和吸油率。结果改性木材表面引入了大量的Si元素,并键合了低表面能的—CH3基团;水解时间由30 min延长至240 min,水接触角由79.8°增加至90.7°,但油接触角却稳定在50°左右;改性前后的吸水率均大于吸油率。结论所制备的木材都具有双憎功能,憎水稳定性随水解时间的延长而提高,但憎油稳定性受水解时间的影响较小。

二维MXene负载纳米金属及其氧化物构筑新型复合材料的研究进展

MXene因其独特的类石墨烯二维层状结构,优异的电学、光学以及热力学性能,且拥有极大的比表面积、优异的亲水性和丰富可调的表面官能团,作为金属及其氧化物的新型载体为纳米复合材料的微观结构增强设计提供了有利条件,以更好地发挥界面效应。然而,二维MXene存在片层易自主堆叠、纳米金属及其氧化物在MXene载体中的几何分布和复合构型难以精准调控、复合材料的界面结合较弱等难题,导致不能最大化发挥不同组分之间的协同、耦合和多功能响应机制。尤其是对于具有显著本征功能特性(包括导电导热性能和力学性能)的MXene纳米载体,其优异性能难以充分体现,显著影响其复合材料的综合性能。针对上述问题,国内外对二维MXene作为载体负载纳米金属及其氧化物构筑高性能复合材料已开展了初步的探索,相关研究成果已被大量应用于能量存储、光催化、电磁屏蔽、微波吸收、超级电容器等前沿领域。为此,本文重点综述了二维MXene负载金属及其氧化物纳米复合材料的主要制备方法、微观结构和功能特性,归纳了其在能量存储、微波吸收等方面的具体应用及增强机理,指出了目前研究存在的短板,并展望了未来的研究方向及其应用前景,以期为新型MXene基纳米复合材料微观结构调控与性能的优化设计提供坚实的理论和实验基础。

纤维素及其衍生物作为3D打印材料的研究综述

3D打印作为革命性的新型制造技术,具有光明的未来与广阔的前景。打印材料作为3D打印研究的重点,为满足多样化的需求仍需要继续探索。纤维素作为自然界中最常见的天然聚合物和植物的主要成分,存在多种优势,在生物基产品的制备中具有巨大潜力。目前,纤维素作为3D打印材料的研究已成为领域热点,得到了高度关注。本文将纤维素及其衍生物作为3D打印材料的研究进行综合整理,总结了纤维素及其衍生物在打印材料中作用和功能,以及纤维素类打印材料在3D打印中的应用,分析了纤维素类打印材料在3D打印中面临的挑战和未来发展前景。

改性木质素增强木塑复合材料及其性能

以碱木质素为研究对象,通过对其进行羟甲基化改性,再将改性后的碱木质素、桉木粉、高密度聚乙烯以及助剂,通过熔融混炼、挤出造粒、热压成型的方法制备木塑复合材料(WPC)。利用红外光谱研究了木质素改性前后化学基团的变化,并对改性木质素制备的木塑复合材料力学性能、吸水性能、动态热机械性能进行测定分析。结果表明:羟甲基化改性能够使羟甲基接入到苯环酚羟基的邻位或对位上,改性木质素制备的木塑复合材料试件的静曲强度、拉伸强度、冲击强度都得到了明显的提高,最高静曲强度提高了37.68%,拉伸强度提高了51.50%,冲击强度提高了40.04%。热分析表明含木质素的木塑复合材料体系各组分之间具有较好的相容性,能够形成均一的体系。通过断面微观形貌的观察可知,改性木质素制备的木塑复合材料断面更为密实均匀。腐朽试验证明,改性木质素制备的木塑复合材料体现出了更好的耐腐性。综合考虑多项指标,在反应温度为90℃、木质素与甲醛质量比为3∶1和6∶1的改性条件下,改性木质素制备的木塑复合材料性能较佳。

木质素与咖啡壳粉制备木塑复合材料的性能研究

以碱木质素与咖啡壳粉共同作为原料,与桉木粉、高密度聚乙烯以及助剂等,采用熔融混炼、挤出造粒、热压成型的方法制备木塑复合材料。分析木质素、咖啡壳粉的加入对复合材料力学性能、吸水性能、动态热机械性能等方面的影响;并且全组分测定了咖啡壳粉,分析其与木粉化学成分的差异。结果表明:咖啡壳粉主要化学成分与木粉接近,仅加入木质素制备的WPC,静曲强度与拉伸强度均随木质素含量的增加呈现先增加后降低的趋势。而加入木质素与咖啡壳粉制备的WPC力学强度得到显著的改善,静曲强度可以提高49.31%,冲击强度提高16.62%。木质素与咖啡壳粉加入后,各组分之间具有较好的相容性,能够形成均一的体系,表现出更高的热稳定性;同时断面更为密实均匀,体现出更为理想的界面结合性。添加木质素后,WPC耐腐朽性能得到改善,与仅添加木质素制备的WPC相比,加入木质素与咖啡壳粉制备的WPC具有更好的耐腐性。可见,碱木质素添加量为15%,咖啡壳粉为45%时,制备的木塑复合材料性能最佳。

自清洁超疏水无胶纳米纤丝化复合材料的制备及其性能

以松木纤维为原料,通过机械胶膜法将松木纤维和改性贝壳粉体有效地复合在一起,再通过无胶热压得到高机械性能、自清洁超疏水复合材料。借助扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FT-IR)和X射线光电子能谱(XPS)对复合材料的形貌结构、化学组分的主要基团和元素变化进行分析,对其润湿性能进行探索以确定自清洁超疏水特性。结果表明:SEM显示贝壳粉体与松木纤维能够有效地粘合在一起;木质纤维素复合材料FTIR谱图显示,在1498 cm^-1处的离子的晶格振动峰变宽,即木质纤维素复合材料与改性贝壳粉体发生化学吸附,即活化改性产生新的化学键;XPS图谱显示通过OH-键在自清洁超疏水木质纤维素复合材料表面上附着有改性贝壳粉体;木质纤维素复合材料表面水接触角为153°,表面的石墨粉被滚动的水滴带走,水滴中充满了污染物,显示出自清洁能力,形成一个清洁的表面;纳米木质纤维素/甲壳素复合材料的静曲强度、弹性模量、内结合强度分别为34.04、7043、0.955 MPa;同时还表现出一定的尺寸稳定性,及吸水厚度膨胀率仅为3.32%。

木质素增强的木塑复合材料性能及微观形貌特征研究

利用碱木质素、桉木粉、高密度聚乙烯和助剂,采用挤出造粒、热压成型的方法制备木塑复合材料,分析研究了碱木质素制备木塑复合材料以及碱木质素含量对复合材料多项性能的影响。结果表明:碱木质素可以作为原料之一用来制备木塑复合材料,在一定添加范围内,制备的木塑复合材料内部结构更为致密、均匀,同时碱木质素的加入还可以提高木塑复合材料的拉伸强度、冲击强度,改善尺寸稳定性。此外,腐朽实验表明,木质素制备的木塑复合材料体现出了更好的耐腐性。综合考虑木塑复合材料的多项指标及木质素的利用率,碱木质素添加量为10%与15%时,制备的木塑复合材料性能较佳。