木基导电电磁屏蔽材料的研究进展

电子产品的广泛应用带来了严重的电磁效应,产生的累积热效应及振动效应会对人体造成严重影响,并且,在非介质条件下自由传播的电磁波易引起信息泄露及干扰其他电子设备正常运行。电磁屏蔽材料可以减轻或消除电磁效应带来的不良影响,但传统的电磁屏蔽材料存在生产过程繁琐、二次污染严重、屏蔽机理单一等弊端。宏观上,木材是重要的生态环境材料,天然可再生,能够固定碳元素,易加工成型,在使用过程中具有隔热保温、吸音隔声之功能。同时,木材还具有可降解、可循环利用、环境协调性良好、强重比较高等独特的应用优势。微观上,木材具有微米-纳米级多尺度孔隙结构,其天然的骨架形态可作为其他材料的基质模板,多孔通道表面富含大量的活性位点(碳自由基、游离性羟基、羰基、羧基等基团),可进行一系列的物理、化学改性。但是作为材料,木材是一种易于干缩、湿胀、变形、腐朽的各向异性绝缘材料,这些性质致使其有效利用率大大降低、应用领域局限性强。众多学者将木材作为一种模板基质以各种形式与导电材料结合,赋予其电磁屏蔽能力并弱化其缺陷,获得功能性的复合型结构材料——木基导电复合材料。木基导电复合材料的制备方法有涂层法、填充法、炭化结晶法及纳米材料复合法。涂层法是采用化学气相沉积、离子溅射等手段将不同金属及非金属元素与木材表面紧密结合的处理方法,制得的复合材料具有表面电阻率高、结合机理较为简单、操作容易的优点,但进行涂层前需预先对木材表面进行敏化、除油、活化等工艺处理,且复合材料的镀层易脱落,表面反射易引起二次污染。填充法是将金属网、金属纤维、导电胶、金属络合物、导电聚合物与木质单元叠层、混合的方法,存在导电成分分布不均、电导率较低、屏带窄等缺点。炭化结晶法是在无氧(氮气保护)的状态下将木材烧制成多孔性材料,并灌注金属类导电材料的方法,此种方法的生产成本较高、工艺复杂且复合材料的屏蔽效能也较低。纳米材料复合法是将木质单元中的纤维素、半纤维素、木质素纳米化后与导电材料通过原位聚合、掺杂等方法进行复合,存在导电成分易凝聚、涉及频带窄且屏蔽效能值较低等问题。木基导电复合材料下一步的研究方向为高吸收、屏带宽、附有其他活性功能基团的绿色可再生新型复合材料。基于以上内容,本文以木质材料天然的三维立体、多孔通道,富含活性官能团羟基、羧基的特性为基础,结合不同导电成分的导电性能,分析了复合材料导电性的形成机制、现有制备方法、电磁屏蔽机理及导电性的性能评价与表征技术,并阐述了复合材料在防静电、电磁屏蔽、光电及医学等领域的功能化应用。

不同状态胡杨木材物理性质变化研究

为了全面掌握不同状态胡杨木的物理特性变化规律,分析胡杨木强耐腐性的主要原因。以内蒙古额济纳胡杨保护区的胡杨活立木、伐倒木和枯倒木为研究对象,按照国家标准分别测定了不同状态胡杨木的密度、干缩性、吸湿性和尺寸稳定性,运用X-线衍射法表征胡杨木的纤维结晶度,并比较3种不同状态胡杨木的物理特性变化情况。结果表明,不同状态的胡杨气干密度、全干密度、弦向干缩率、径向干缩率、体积干缩率5项指标差异显著。随着木材伐倒时间的推移,木材密度和干缩率指标会逐渐下降。不同状态胡杨木的差异干缩系数、吸湿率、弦向湿胀率、径向湿胀率、体积湿胀率、结晶度等指标差异不显著。根据我国木材材性分级标准胡杨属轻等级别木材,尺寸稳定性较优。通过对不同状态胡杨的物理特性比较研究,得出胡杨的强耐腐性与其本身具有优良的物理特性密切相关。

不同状态间胡杨木的化学特性比较研究

为了全面掌握不同状态胡杨木的化学材性,进而为胡杨木的合理利用与科学保护提供可靠的理论参考依据。对内蒙古额济纳旗胡杨保护区的胡杨活立木、伐倒木和枯倒木的化学特性进行了系统的比较分析,并运用红外光谱法表征木材表面官能团。结果表明,胡杨木随着倒地时间的延长,其气干密度、平衡含水率和pH值逐渐降低,灰分、抽出物和木质素的相对含量逐渐升高,而纤维素和综纤维素的含量逐渐减少。额济纳保护区的胡杨木材pH值为8.78,表明胡杨木材是显碱性树种。在红外光谱图中,基团吸收峰的强度降低,说明随着倒地时间的延长,部分化学成分降解,游离态极性分子的数量减少,羟基和羧基的吸收峰强度降低。按制浆造纸原料要求标准来比较,胡杨的纤维素和综纤维素的含量高,抽出物和木质素的含量低,应属优质原料。从组成木材细胞壁的主要化学成分来看,胡杨木与其他杨树差异显著。

不同状态下的胡杨木材水分特性对比研究

木材的水分特性对木材的干燥工艺和木材使用具有重要意义,对于胡杨这种珍贵木材,水分是它3 000a不倒的主要影响因素,对比研究胡杨木3个不同状态,即活立木、伐倒木、枯倒木的水分特性,对胡杨木的存放、应用具有很重要的意义。选取内蒙古额济纳旗胡杨林保护区的胡杨木作为对象,分别研究初含水率、尺寸稳定性、吸水性、平衡含水率等水分特性,同时利用核磁共振技术探究气干和室干2种状态下的木材水分的驰豫特性(T2值)。结果表明,初含水率:活立木>伐倒木>枯倒木,线向干缩率:弦向>径向>纵向,体积干缩率:活立木>伐倒木>枯倒木,枯倒木的尺寸稳定性最强。在T2值反演后观察到气干状态下活立木含有2种结合水,而伐倒木和枯倒木只有1种结合水,活立木中水分与木材的结合能力较强,而伐倒木和枯倒木相对较弱。活立木、伐倒木、枯倒木水容量分别为:128%、156%、153.9%。平衡含水率:活立木1.94%,伐倒木1.80%,枯倒木1.33%。

改性木质纤维素/蒙脱土对Pb(Ⅱ)的吸附研究

以木质纤维素(LC)为原料,利用巯基乙酸改性LC得到巯基木质纤维素(SLC),通过溶液插层复合法再与蒙脱土(MT)反应制备得到了巯基改性的木质纤维素/蒙脱土纳米复合吸附材料(SLM)。研究了SLM对水体中Pb(Ⅱ)的吸附过程,探讨各吸附因素对SLM吸附效果的影响。分析了吸附动力学和吸附等温特性,并采用FTIR和SEM/EDS表征对吸附机理进行研究。结果表明,SLM对Pb(Ⅱ)有良好的去除效果,SLM对Pb(Ⅱ)离子的最佳吸附条件为SLM用量0. 050 0 g,Pb(Ⅱ)起始浓度3. 52 g/L,pH4. 75,温度45℃,时间120 min,最大平衡吸附量173. 81 mg/g。SLM对Pb(Ⅱ)的吸附行为符合准二级动力学方程和Langmuir等温模型。FTIR和SEM/EDS分析显示,Pb(Ⅱ)和SLM表面的活性官能团进行了单分子层的化学吸附。