磁控溅射法制备纳米氧化锌/木材复合材料及其物理性能变化

【目的】为了改善木材表面物理性能,探索制备纳米氧化锌/木材复合材料的方法。【方法】以31年树龄的樟子松木单板作为研究对象,采用磁控溅射法制备纳米氧化锌/木材复合材料,对木材进行功能性改良,利用X射线衍射仪(XRD)、纳米压痕仪、接触角测量仪和扫描电镜(SEM)对样品结构、弹性模量、硬度、表面润湿性和微观形貌等进行表征。【结果】纳米氧化锌/木材复合材料XRD谱图显示:在2θ等于17. 0°、22. 5°、35. 0°附近仍具有木材纤维素3个结晶面(101、002和040)的特征峰;在2θ等于31. 8°、36. 3°附近出现了ZnO(100)、ZnO(101)的特征衍射峰。在基底温度为200℃溅射条件下,木材纤维素结晶度下降23. 1%。纳米压痕载荷-压入深度曲线形状变化较大,弹性模量增大了6. 6倍,硬度增大了23%;纳米氧化锌/木材复合材料表面水接触角为140. 2°;表面的纳米氧化锌粒径较小,分散性较好,在木材单板表面分布平整均匀。【结论】磁控溅射法制备纳米氧化锌/木材复合材料对木材结晶区没有形成影响,依然存在木材纤维素特征衍射峰,纤维素的结晶结构没有遭到破坏,但衍射峰强度有所降低;在木材单板表面生长氧化锌薄膜增大了木材表面的弹性模量和硬度,使木材表面润湿性能从亲水性变为疏水性,接近氧化锌材料的超疏水性能;木材表面生长的氧化锌薄膜均匀,排列致密,表面平整,无裂痕。可见,利用磁控溅射法在木材单板表面生长氧化锌薄膜,能够制备理想的纳米氧化锌/木材复合材料。