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Observations of Wood Cell Walls with a Scanning Probe Microscope
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作者 Manami Yamashita Masato Yoshida +2 位作者 Miyuki Matsuo Saori Sato Hiroyuki Yamamoto 《Materials Sciences and Applications》 2016年第10期644-653,共11页
Scanning Probe Microscopes (SPMs) observe specimen surfaces with probes by detecting the physical amount of a material between the cantilever and the surface. SPMs have a high resolution and can measure mechanical cha... Scanning Probe Microscopes (SPMs) observe specimen surfaces with probes by detecting the physical amount of a material between the cantilever and the surface. SPMs have a high resolution and can measure mechanical characteristics such as stiffness, adsorptive properties, and viscoelasticity. These features make it easy to identify the surface structure of complex materials;therefore, the use of SPMs has increased in recent years. Wood cell walls are primarily composed of cellulose, hemicellulose, and lignin. It is believed that hemicellulose and lignin surround the cellulose framework;however, their detailed formation remains unknown. Therefore, we observed wood cell walls via scanning probe microscopy to try to reveal the formation of the cellulose framework. We determined that the size of the cellulose microfibril bundle and hemicellulose lignin module composite was 18.48 nm based on topography and that the size of the cellulose microfibril bundle was 15.33 nm based on phase images. In the viscoelasticity image, we found that the viscoelasticities of each cell wall of the same cell were not the same. This is because the cellulose microfibrils in each cell wall lean in different directions. The angle between the leaning of the cellulose microfibril and the cantilever affects the viscoelasticity measurement. 展开更多
关键词 Scanning Probe Microscope wood cell wall cellulose Microfibril HEMIcellULOSE LIGNIN
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Characters of Fractal Ultrastructure in Wood Cell Wall
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作者 LI Beimei ZHAO Guangjie 《Chinese Forestry Science and Technology》 2006年第4期9-15,共7页
Fractal theory was introduced in order to describe the ultrastructure of wood cell wall in this paper. The cellulose chain clusters around nano-scale were viewed as a fractal object that consists of many fibrillar str... Fractal theory was introduced in order to describe the ultrastructure of wood cell wall in this paper. The cellulose chain clusters around nano-scale were viewed as a fractal object that consists of many fibrillar structural units with different scales including microfibrils. On the basis of the morphological data of wood cell wall, fractal dimensions of multi-level fibrillar structural units were calculated by fractal-geometry approach, and then the morphological and structural characteristics of fibers as well as the influences on wood properties were investigated according to the dimensions. Besides, the fractal self-nesting character of the ultrastruture was also analyzed. 展开更多
关键词 wood cell wall ULTRASTRUCTURE MICROFIBRILS fractal dimension self-nesting
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榔榆木质部细胞构造特征的季节变化规律研究
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作者 唐建 吕运舟 +4 位作者 叶萌 严瑞昌 张海哲 石江涛 李春涛 《江苏林业科技》 2024年第1期1-5,16,共6页
为了探究榔榆木质部形成中细胞形态与壁层组分变化规律,以1个生长季内木质部细胞产生过程为主线,联合解剖学技术与光谱学技术,初步研究了木质部细胞形态、细胞尺寸及细胞壁主要化学组成的变化规律。结果表明4月出现2排早材管孔,以单管... 为了探究榔榆木质部形成中细胞形态与壁层组分变化规律,以1个生长季内木质部细胞产生过程为主线,联合解剖学技术与光谱学技术,初步研究了木质部细胞形态、细胞尺寸及细胞壁主要化学组成的变化规律。结果表明4月出现2排早材管孔,以单管孔为主,5月开始大量产生木纤维细胞,纤维细胞壁厚,直至9月形成宽约2 mm的木质部;导管与木纤维细胞从4—6月处于伸长阶段,大小随后略有降低;2类细胞的直径则呈不同的季节变化规律;导管细胞壁纤维素和半纤维素的沉积过程在季节内稳定;而木纤维细胞中纤维素和半纤维素的沉积具有季节差异,生长季早期相对含量较低,晚期相对含量明显增加,说明2类细胞间主要组分沉积存在不同步性。 展开更多
关键词 木材解剖 早材 晚材 木材细胞壁 纤维形态 榔榆
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水分对木材细胞壁孔隙结构影响研究进展
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作者 马尔妮 王瑜瑶 +1 位作者 李京予 仲翔 《北京林业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期1-8,共8页
木材是一种具有多级孔隙结构的天然可再生资源,其孔隙构造尤其是细胞壁孔隙结构至关重要。细胞壁孔隙结构的研究是木材加工的理论基础,对于提高木材综合利用率具有重要的现实意义。本文简要介绍了木材孔隙的种类及其表征技术,在此基础... 木材是一种具有多级孔隙结构的天然可再生资源,其孔隙构造尤其是细胞壁孔隙结构至关重要。细胞壁孔隙结构的研究是木材加工的理论基础,对于提高木材综合利用率具有重要的现实意义。本文简要介绍了木材孔隙的种类及其表征技术,在此基础上梳理了水分对木材细胞壁孔隙结构影响的相关研究成果,总结了目前由水分引发的木材细胞壁孔隙结构变化领域仍存在的一些问题与挑战,对未来的发展方向及其前景进行展望,以期为深入揭示木材与水分的相互作用提供参考。 展开更多
关键词 木材孔隙 细胞壁 木材水分 孔隙结构 孔隙表征
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应压木细胞壁S_(2)层的微纤丝螺旋角对其抗压韧性的影响 被引量:1
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作者 刘浩正 王建山 石广玉 《北京林业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期136-146,共11页
【目的】应压木细胞壁S_(2)层中的大微纤丝螺旋角(MFA)是树木管胞对力学环境适应性生长的结果,故它有其特别的力学性能。但目前人们还不了解S_(2)层中大MFA对其抗压性能的增韧机理。基于应压木细胞壁S_(2)层的超微结构建立复合材料力学... 【目的】应压木细胞壁S_(2)层中的大微纤丝螺旋角(MFA)是树木管胞对力学环境适应性生长的结果,故它有其特别的力学性能。但目前人们还不了解S_(2)层中大MFA对其抗压性能的增韧机理。基于应压木细胞壁S_(2)层的超微结构建立复合材料力学模型,采用数值模拟方法研究应压木细胞壁S_(2)层中MFA对其抗压韧性的影响,可以探究其中的力学机理,并探索基于数值模型研究木细胞壁压缩韧性的建模与分析方法,进而为仿生材料设计奠定力学基础。【方法】首先将云杉木细胞壁S_(2)层简化为连续微纤丝和基体组成的复合材料,并利用夹杂理论的自洽模型计算木细胞壁S_(2)层基体的等效弹性常数。然后利用HyperWorks建立木细胞壁的纤维增强复合材料有限元分析模型,用Abaqus模拟不同MFA的应压木和正常木细胞壁S_(2)层在压缩载荷下的力学行为,并用所得结果分析其MFA与抗压韧性的关系。在此基础上,对比是否考虑木细胞壁的S_(1)、S_(3)(或S_(2)L,指的是S_(2)层与S_(1)层之间木质素和半纤维素含量高的区域)和MP层(P和ML层)对其受压力学行为的影响,并分析在应压木细胞壁数值模型中考虑各组分材料塑性行为的重要性。【结果】在压力作用下,当木细胞壁S_(2)层的MFA在0°~45°内增大时,其临界屈曲位移增大,临界屈曲压力先减小再增大。45°MFA应压木细胞壁S_(2)层的临界压力与0°MFA正常木细胞壁S_(2)层相当,但前者的临界屈曲位移是后者的3.57倍,屈曲失稳前的应变能是后者的2.95倍。在相同压力下,45°MFA应压木细胞壁S_(2)层微纤丝的von Mises应力低于0°MFA正常木。由于单个应压木细胞壁S_(2)层中螺旋状微纤丝所具有的压−扭耦合变形受到周边管胞对扭转变形的约束,其抗压刚度和抗压韧性得到增强。应压木细胞壁中的S 1、S_(2)L和MP层对其受压屈曲有显著的约束作用,完整应压木细胞壁的临界压力比只考虑S_(2)层的临界压力增大37.6%。压力作用下木细胞壁的破坏模式为塑性屈曲,所以考虑木细胞壁各组分材料的塑性行为对准确地计算其抗压韧性十分重要,忽略其塑性行为会使其临界压力的计算结果增大2.97倍。【结论】在受压状态下,应压木细胞壁S_(2)层中微纤丝的螺旋形貌改变了微纤丝与基体间的应力传递,使得S_(2)层的基体承受更多的压应力,木细胞壁的破坏模式变为局部塑性屈曲。所以在压力作用下,尽管应压木细胞壁的抗压刚度随S_(2)层MFA的增大而减小,但应压木细胞壁的临界屈曲位移随MFA的增大而显著地增大,从而增强了它的抗压韧性。当MFA为45°左右时,应压木细胞壁的抗压韧性最佳,此时不仅它的临界屈曲位移比正常木细胞壁S_(2)层高两倍多,且它的临界屈曲压力也略高于后者。 展开更多
关键词 应压木 木细胞壁 微纤丝角(MFA) 临界屈曲位移 抗压韧性 增韧机理 数值模拟
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自然老化对古建筑木材细胞壁结构与成分的影响 被引量:1
6
作者 陈凯强 龙克莹 +3 位作者 初石民 林兰英 陈勇平 张涛 《木材科学与技术》 北大核心 2023年第5期30-37,共8页
探究古建筑木材微观结构和化学成分的变化,有助于揭示自然老化作用下木材性质的演变机制和劣化机理。以古建和现代落叶松(Larix sp.)木材为研究对象,通过对两者微观构造、孔隙率、纤维素结晶度和化学成分进行测试,探究自然老化作用下古... 探究古建筑木材微观结构和化学成分的变化,有助于揭示自然老化作用下木材性质的演变机制和劣化机理。以古建和现代落叶松(Larix sp.)木材为研究对象,通过对两者微观构造、孔隙率、纤维素结晶度和化学成分进行测试,探究自然老化作用下古建材性质的变化。结果表明,古建材微观构造上存在显著的劣化特征,其中早材比晚材的劣化程度更严重;古建材孔隙的孔体积和孔径均显著大于对照材,古建材中大部分孔隙孔径在10 nm以上,而对照材中孔径10 nm以下的孔隙占比最高。古建材纤维素结晶度比对照材升高13.61%;傅里叶变换红外光谱显示古建材中木质素、半纤维素出现了一定程度的降解,峰强度比结果显示纤维素结晶区未发生明显变化,而纤维素无定形区发生了降解。基于微观结构和化学成分的变化,提出木材细胞壁化学成分的劣化模型,为自然老化作用下木材的劣化机理研究提供参考依据。 展开更多
关键词 古建筑木材 自然老化 微观构造 细胞壁结构 化学成分
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基于糠醇改性的木材细胞壁孔隙变化对水分的影响 被引量:1
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作者 王凯清 周子懿 马尔妮 《北京林业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第9期127-136,共10页
【目的】为进一步分析木材细胞壁与水分之间的相互作用,探究了糠醇改性前后木材细胞壁在典型水分状态下物理环境(孔隙)的变化规律和细胞壁水分的结合状态。【方法】以速生青杨为研究对象,利用糠醇改性改变木材细胞壁水分存在的物理环境... 【目的】为进一步分析木材细胞壁与水分之间的相互作用,探究了糠醇改性前后木材细胞壁在典型水分状态下物理环境(孔隙)的变化规律和细胞壁水分的结合状态。【方法】以速生青杨为研究对象,利用糠醇改性改变木材细胞壁水分存在的物理环境,分别利用扫描电镜、激光共聚焦显微镜、傅里叶红外光谱和氮气吸附法考察绝干状态下改性材的微观形貌、改性剂分布、官能团和孔隙结构,并利用差示扫描热孔计法和二维低场核磁共振技术分析低湿、气干、高湿和纤维饱和状态下改性前后木材细胞壁物理环境的变化规律以及细胞壁水分的结合情况。【结果】糠醇改性后木材的质量增长率、体积增长率分别为35.1%和12.6%,并伴随细胞壁增厚现象。改性后木材细胞壁的比表面积和孔体积分别降低了29.9%、35.3%,糠醇树脂堵塞了木材细胞壁的部分孔隙。从低湿状态到纤维饱和状态,未处理材和改性材孔体积均呈现增加趋势,未处理材细胞壁孔径分布极大值从3.41 mm^(3)/g增加到5.65 mm^(3)/g,增加了65.7%,糠醇改性材细胞壁孔径分布极大值从2.99 mm^(3)/g增加到4.63 mm^(3)/g,增加了54.9%。在不同水分状态下,糠醇改性材的细胞壁孔体积均低于未处理材,并且在高湿环境下,水分对木材细胞壁孔体积影响更加明显。随着相对湿度升高,未处理材和糠醇改性材的含水率都增加,但是糠醇改性材含水率低于同等条件下的未处理材,吸湿性降低。含水率增加,未处理材和糠醇改性材细胞壁水分T_(1)/T_(2)值降低,水分移动性增加。糠醇改性材中两种细胞壁水分的T_(1)/T_(2)值远高于未处理材,进一步说明糠醇改性改变了木材细胞壁的物理环境,限域空间束缚增加使得水分子移动性降低。【结论】经糠醇改性后,糠醇树脂进入木材细胞壁并发生原位聚合,造成在绝干、低湿、气干、高湿、纤维饱和状态下,改性材细胞壁孔体积均低于未处理材,并且在高湿度状态下,孔体积表现出更大的增长率。物理环境的变化造成木材细胞壁容纳水分的空间减少,同时,水分子受到细胞壁的物理束缚增加,移动性降低。 展开更多
关键词 木材细胞壁 木材水分 相互作用 糠醇改性 孔隙结构
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不同预处理方法对木材细胞壁孔隙结构影响 被引量:1
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作者 王瑜瑶 马尔妮 《北京林业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第11期140-151,共12页
【目的】探究水分所引发的木材细胞壁孔隙结构变化,并与微波处理、脱木质素处理等预处理方法进行比较,为木材改性提供科学依据。【方法】将20 mm(径向)×20 mm(弦向)×5 mm(轴向)的杨木和杉木试材分别通过泡水1 h和1个月的方法... 【目的】探究水分所引发的木材细胞壁孔隙结构变化,并与微波处理、脱木质素处理等预处理方法进行比较,为木材改性提供科学依据。【方法】将20 mm(径向)×20 mm(弦向)×5 mm(轴向)的杨木和杉木试材分别通过泡水1 h和1个月的方法进行水分处理,在500 W条件下微波处理18 min,在酸性条件下使用亚氯酸钠脱除试材中部分木质素。通过扫描电子显微镜和氮气吸附测试表征处理材的细胞壁微观形貌与孔隙结构,比较不同处理方法对细胞壁厚度、比表面积、孔径分布及孔体积等的影响。【结果】水分处理后,杨木和杉木的细胞壁增厚,水分处理1 h试材的比表面积分别从1.535和1.154 m^(2)/g增加到2.488和2.336 m^(2)/g,水分处理1个月的试材比表面积进一步增加到2.822和2.940 m^(2)/g。水分处理杨木试材在微、介孔范围内形成新的孔隙(造孔),且存在孔径增大(扩孔)现象。对于水分处理杉木试材,处理时间较短时其微孔范围内孔体积变化主要表现为扩孔效应,随着时间增加同时具有造孔和扩孔现象。在介孔范围中由于水溶性抽提物的脱除产生较大孔隙,并导致孔径的重新分布。微波处理杨木和杉木试材的细胞壁厚度和比表面积变化同与水分处理类似,处理后杨木试材中产生部分微孔,且杨木介孔及杉木孔径分布都表现为扩孔。脱木质素处理杨木和杉木的细胞壁厚度分别减少了1.79%和0.53%,但比表面积均增加,杉木试材中的微孔增加,其他孔径分布变化均因扩孔所致。【结论】水分处理能够改变木材细胞壁孔隙结构,杨木和杉木泡水1 h和1个月的作用效果与质量损失率分别为1.29%和3.33%的微波处理,以及脱除率分别为10.94%和8.06%的脱木质素处理相当,并且具有独特的孔径分布变化规律。3种处理方法由于作用机理不同,增大孔体积的方式在不同树种的不同孔径范围内不尽相同。本研究为选择科学高效的木材预处理方法提供了参考。 展开更多
关键词 木材水分 细胞壁孔隙 微波处理 脱木质素处理
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炭化温度对木材生物炭结构和化学组成的影响 被引量:1
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作者 汪文庆 代博仁 +1 位作者 夏重阳 石江涛 《湖南林业科技》 2023年第3期12-19,共8页
为了探究木材厚壁管胞与薄壁木纤维的炭化规律,为木材的炭化利用提供理论依据,本文以火炬松和轻木分别作为厚壁管胞与薄壁木纤维的木材代表,设置220、375、600、900℃四组炭化温度,利用扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线... 为了探究木材厚壁管胞与薄壁木纤维的炭化规律,为木材的炭化利用提供理论依据,本文以火炬松和轻木分别作为厚壁管胞与薄壁木纤维的木材代表,设置220、375、600、900℃四组炭化温度,利用扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)技术分别分析了两种类型木材细胞炭化前后的细胞结构和化学组成。SEM结果表明薄壁木纤维在375℃时开始出现光滑的无定形结构,而厚壁管胞出现同样无定形结构的温度为900℃。炭化后细胞双层细胞壁厚度减小,减小程度随炭化温度增加而增加;与厚壁管胞相比,薄壁木纤维双层细胞壁厚度缩减得更快更多。红外光谱曲线随炭化温度的升高变化明显,薄壁木纤维和厚壁管胞红外光谱分别在220℃和375℃后失去吸收峰。综纤维素相对含量、木质素相对含量的差异反映出两种类型细胞不同的热降解过程。X射线衍射分析发现,在220~375℃时,薄壁木纤维的纤维素相对结晶度下降至结晶态完全消失;而厚壁管胞则在600℃时出现结晶态完全消失现象。以上结果表明薄壁木纤维与厚壁管胞具有不同的炭化过程,前者的细胞结构更易发生热降解,相同温度下热降解更剧烈。 展开更多
关键词 木材炭化 细胞壁 热降解 相对结晶度
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白皮松木质部分化中轴向管胞和射线细胞的微观构造与木质化研究
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作者 王杰 马灵玉 +2 位作者 郭娟 姜笑梅 殷亚方 《木材科学与技术》 北大核心 2023年第2期16-24,共9页
以白皮松(Pinus bungeana)为研究对象,采用光学显微镜、偏光显微镜和扫描电子显微镜结合细胞壁组织化学染色等木材解剖学方法,探究木质部分化中轴向管胞与射线细胞的微观构造特征变化及其木质化进程。组织离析与形态学分析结果表明:木... 以白皮松(Pinus bungeana)为研究对象,采用光学显微镜、偏光显微镜和扫描电子显微镜结合细胞壁组织化学染色等木材解剖学方法,探究木质部分化中轴向管胞与射线细胞的微观构造特征变化及其木质化进程。组织离析与形态学分析结果表明:木质部分化中轴向管胞在细胞扩大后其细胞长度基本稳定,随着木质部的分化,射线管胞的细胞壁厚度不断增加,而在当年生木质部中未发现射线薄壁细胞的细胞壁加厚。木质素的自发荧光及其特异性染色分析结果表明:轴向管胞的木质化进程开始于次生壁S1层加厚阶段的胞间层与细胞角隅,射线管胞的木质化进程与轴向管胞类似,在当年生木质部内射线薄壁细胞未发生木质化。木质部分化过程中管胞(轴向、射线)与射线薄壁细胞的细胞壁加厚及木质化进程具有明显差异。 展开更多
关键词 木材解剖 轴向管胞 射线管胞 射线薄壁细胞 细胞壁 木质化 木质部分化
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Identification of Lignin and Polysaccharide Modifications in Populus Wood by Chemometric Analysis of 2D NMR Spectra from Dissolved Cell Walls
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作者 Mattias Hedenstrom Susanne Wiklund-Lindstrom +5 位作者 Tommy Oman Fachuang Lu Lorenz Gerber Paul Schatz Bjorn Sundberg John Ralph 《Molecular Plant》 SCIE CAS CSCD 2009年第5期933-942,共10页
2D ^13C-^1H HSQC NMR spectroscopy of acetylated cell walls in solution gives a detailed fingerprint that can be used to assess the chemical composition of the complete wall without extensive degradation. We demonstrat... 2D ^13C-^1H HSQC NMR spectroscopy of acetylated cell walls in solution gives a detailed fingerprint that can be used to assess the chemical composition of the complete wall without extensive degradation. We demonstrate how multivariate analysis of such spectra can be used to visualize cell wall changes between sample types as high-resolution 2D NMR loading spectra. Changes in composition and structure for both lignin and polysaccharides can subsequently be interpreted on a molecular level. The multivariate approach alleviates problems associated with peak picking of overlapping peaks, and it allows the deduction of the relative importance of each peak for sample discrimination. As a first proof of concept, we compare Populus tension wood to normal wood. All well established differences in cellulose, hemicellulose, and lignin compositions between these wood types were readily detected, confirming the reliability of the multivariate approach, In a second example, wood from transgenic Populus modified in their degree of pectin methylesterification was compared to that of wild-type trees. We show that differences in both lignin and polysaccharide composition that are difficult to detect with traditional spectral analysis and that could not be a priori predicted were revealed by the multivariate approach. 2D NMR of dissolved cell wall samples combined with multivariate analysis constitutes a novel approach in cell wall analysis and provides a new tool that will benefit cell wall research. 展开更多
关键词 ASPEN BIOSTATISTICS cell walls multivariate data analysis NMR spectroscopy tension wood
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管胞细胞壁力学研究进展评述 被引量:17
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作者 余雁 江泽慧 +1 位作者 任海青 费本华 《林业科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第5期133-139,共7页
对国外管胞细胞壁力学的研究历程和现状作了较为全面、详细的评述 ,重点介绍了管胞主要力学性质的实验测定方法和一些重要的细胞壁力学模型 。
关键词 管胞细胞壁 力学性质 实验测定 力学模型 人工林针叶材 木材纤维
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水分吸着过程中杉木黏弹行为的经时变化规律及其频率依存性 被引量:6
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作者 詹天翼 蒋佳荔 +2 位作者 彭辉 常建民 吕建雄 《林业科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第8期96-103,共8页
[目的]研究木材黏弹行为在水分吸着过程中的经时变化,明确水分对木材黏弹行为频率依存性的影响,补充和完善"水分-机械力"耦合作用下木材黏弹行为的变化规律,并为模拟和预测木材在切削、热压、磨浆等实际复杂过程中黏弹行为的变化提供... [目的]研究木材黏弹行为在水分吸着过程中的经时变化,明确水分对木材黏弹行为频率依存性的影响,补充和完善"水分-机械力"耦合作用下木材黏弹行为的变化规律,并为模拟和预测木材在切削、热压、磨浆等实际复杂过程中黏弹行为的变化提供科学依据。[方法]以含水率0.6%的杉木木材为研究对象,采用动态机械分析仪(DMA Q800)在30℃、不同相对湿度条件(30%,60%和90%)下测定木材贮存模量E'和损耗因子tanδ的变化情况,比较不同频率(1~50 Hz)之间木材黏弹行为的异同。水分吸着过程分为升湿和恒湿2个阶段:在升湿阶段,相对湿度由0以2%·min-1的速率分别升高至30%,60%或90%;在之后的恒湿阶段,相对湿度在30%,60%或90%下分别恒定240 min。[结果]在任一频率下,随着吸着时间的延长,木材贮存模量E'减小,损耗因子tanδ增大,并且贮存模量的变化率|ΔE'|明显小于损耗因子的变化率|Δtanδ|;单位含水率的贮存模量和损耗因子变化率(|ΔE'/ΔMC|和|Δtanδ/ΔMC|)随着吸着时间的延长均减小。此外,在水分吸着过程中的任一时间节点处,贮存模量随频率的增加而增大,损耗因子随频率的增加先减小后增大,损耗因子极小值对应的特征频率出现在10~30 Hz范围内,并随着吸着时间的延长向高频方向移动;在1 Hz和20 Hz频率下贮存模量的比值约为0.98,该比值基本不随吸着时间的延长而变化,但损耗因子的比值在升湿和恒湿过程中先增大后减小,并在升湿阶段结束时达到最大值。[结论]在水分吸着过程中,水分子的"塑化效应"是引起木材贮存模量减小和损耗因子增大的主要原因,并且单分子层吸着水的"塑化效应"最为明显;机械吸湿蠕变效应的存在使得升湿阶段木材黏弹性的变化较恒湿阶段明显;在水分吸着过程中,随着含水率增加,木材细胞壁聚合物分子的运动速度加快,松弛时间减少,并且α力学松弛过程(由半纤维素玻璃化转变引起)和β力学松弛过程(基于木材细胞壁无定形区中伯醇羟基的回转取向运动的力学松弛过程与吸着水分子回转取向运动的力学松弛过程二者叠加而成)的转变向高频方向移动;在水分吸着过程中,含水率的变化可引发木材细胞壁的不稳定化现象,并且相对湿度的变化加剧了这种不稳定化。 展开更多
关键词 杉木 吸着 黏弹行为 频率 机械吸湿蠕变效应 细胞壁不稳定化现象
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木材细胞壁的超微构造与气凝胶型木材的制备原理 被引量:6
14
作者 高景然 邱坚 +1 位作者 李坚 刘一星 《东北林业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2008年第11期98-100,共3页
阐述了木材细胞壁的化学组成、超微构造及壁层结构。根据木材细胞壁的结构,气凝胶型木材的制备主要包括3个步骤:木材细胞壁S3层的破坏;木材细胞壁的膨化;超临界干燥。通过对木材细胞壁的超微构造的分析,从原理上对气凝胶型木材制备的各... 阐述了木材细胞壁的化学组成、超微构造及壁层结构。根据木材细胞壁的结构,气凝胶型木材的制备主要包括3个步骤:木材细胞壁S3层的破坏;木材细胞壁的膨化;超临界干燥。通过对木材细胞壁的超微构造的分析,从原理上对气凝胶型木材制备的各个步骤进行了简要的叙述。 展开更多
关键词 气凝胶型木材 木材细胞壁 超微构造 膨化 超临界干燥
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木材细胞壁增强改性研究进展 被引量:9
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作者 董友明 张世锋 李建章 《林业工程学报》 北大核心 2017年第4期34-39,共6页
物理化学改性能够提高木材物理力学性能,主要源于改性剂对木材细胞壁的物理化学作用。因此,从某种意义上讲,木材改性主要是指木材细胞壁的增强改性,通过物理化学等手段,可以有效促进改性剂进入细胞壁,从而增强细胞壁。而近年来先进分析... 物理化学改性能够提高木材物理力学性能,主要源于改性剂对木材细胞壁的物理化学作用。因此,从某种意义上讲,木材改性主要是指木材细胞壁的增强改性,通过物理化学等手段,可以有效促进改性剂进入细胞壁,从而增强细胞壁。而近年来先进分析技术在木材改性领域的应用,能够更直观更准确地对木材细胞壁性能变化及改性剂分布进行表征。然而,木材细胞壁增强改性研究仍然存在许多问题,需要更系统更深入的研究。主要从物理增强、化学增强以及纳米技术的应用等方面对木材细胞壁增强改性最新研究进展进行了总结,对存在的问题进行了分析,并对今后的研究方向与可能的突破进行了展望。 展开更多
关键词 木材细胞壁 细胞壁改性 渗透性 物理化学增强 纳米增强
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低分子量酚醛树脂处理对杉木细胞壁的改性机理研究 被引量:8
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作者 黄艳辉 费本华 赵荣军 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2015年第12期3356-3359,共4页
木材细胞壁的改性机理研究是改良木材处理试剂,优化木材处理工艺,提高木材密度、力学、尺寸稳定性等各项性能的关键。以人工林杉木为研究对象,采用合成的水溶性低分子量酚醛树脂(PF)对杉木试材进行逐步的真空加压浸渍处理,通过高精度、... 木材细胞壁的改性机理研究是改良木材处理试剂,优化木材处理工艺,提高木材密度、力学、尺寸稳定性等各项性能的关键。以人工林杉木为研究对象,采用合成的水溶性低分子量酚醛树脂(PF)对杉木试材进行逐步的真空加压浸渍处理,通过高精度、高分辨的X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)和核磁共振仪(NMR)(采用交叉极化/魔角旋转法进行连续测试)对处理和对照试样的相关物理和化学性能进行了对比分析,研究结果表明:水溶性低分子量PF处理后,试样的结晶度与未处理的对照样相比,数值降低明显,平均降低率分别为12.67%,11.91%和6.26%。结合FTIR和NMR13 C的检测谱图发现,水溶性低分子量PF改性后的杉木与对照杉木相比,没有增加新的酯类、醚类等官能团特征峰和化学位移,认为水溶性低分子量PF不能与杉木发生明显的化学反应,但会进入到结构较松散、空隙尺寸较大、相对面积较多的管胞细胞壁中的非结晶区,形成物理性的充填,最终引起杉木相对结晶度的降低。本研究对于研发新型木材改性试剂、优化木材改性处理工艺具有重要的参考价值,研究结果还将为进一步探明木材细胞壁的改性机制、丰富木材细胞壁的改性理论提供重要的依据。 展开更多
关键词 木材 细胞壁 酚醛树脂 傅里叶变换红外光谱 改性
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木材细胞壁力学试验方法研究进展 被引量:3
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作者 上官蔚蔚 邢新婷 +3 位作者 费本华 程献宝 邵亚丽 赵荣军 《西北林学院学报》 CSCD 北大核心 2011年第6期149-153,共5页
对木材细胞壁力学性质研究中零距离拉伸、单根纤维拉伸技术和纳米压痕技术进行概述,分别从滑移与夹持力、试样厚度和试样含水率评述零距拉伸技术,从纤维分离方法、纤维夹紧和定向、单根纤维细胞壁横截面面积测量评述单根纤维拉伸技术,... 对木材细胞壁力学性质研究中零距离拉伸、单根纤维拉伸技术和纳米压痕技术进行概述,分别从滑移与夹持力、试样厚度和试样含水率评述零距拉伸技术,从纤维分离方法、纤维夹紧和定向、单根纤维细胞壁横截面面积测量评述单根纤维拉伸技术,从连续刚度测量法、针尖效应以及原子力显微镜与纳米压痕技术的联用评述纳米压痕技术。通过归纳、总结与展望,提出了该领域的研究重点,以期为木材细胞壁力学研究及其资源的高效利用提供借鉴。 展开更多
关键词 木材 细胞壁力学 零距拉伸技术 单纤拉伸技术 纳米压痕技术
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微观力学表征技术的发展及其在木材科学领域中的应用 被引量:12
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作者 林兰英 秦理哲 傅峰 《林业科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第2期121-128,共8页
微观力学表征技术是表征材料微纳米力学性能的重要技术手段,目前已被广泛用于表征材料的超微构造和解析材料的力学行为。随着材料科学研究尺度缩小,微观力学表征技术逐步从纳米向超纳米、从分子向超分子甚至粒子水平发展。按照试样信息... 微观力学表征技术是表征材料微纳米力学性能的重要技术手段,目前已被广泛用于表征材料的超微构造和解析材料的力学行为。随着材料科学研究尺度缩小,微观力学表征技术逐步从纳米向超纳米、从分子向超分子甚至粒子水平发展。按照试样信息的不同方式,微观力学表征技术主要包括纳米力学测试技术(探针技术)和超纳米力学测试技术(显微镜技术);其中,纳米力学测试技术包括准静态纳米压痕技术、动态纳米压痕技术和动态模量成像技术,超纳米力学测试技术包括原子力显微镜技术和基于原子力显微镜技术的新型微观力学表征技术。木材是一种多孔状、层次状、各向异性的非均质天然高分子复合材料,其超微结构是细胞壁由不同厚度的层次组成。细胞壁是决定木材和木质纤维材料性能的主要因素,是木材的实质承载结构;细胞壁的力学性能是由壁层结构、化学组成的分布与结合方式决定的。开展木材和改性木材细胞壁纳观尺度的力学性能、分布及影响对实现木基复合材料的高效设计具有重要意义。自Wimmer等首次将纳米压痕技术应用于天然木材细胞壁微观力学后,国内外学者主要采取准静态纳米压痕测量技术和动态纳米压痕测量技术对不同树种木材以及化学改性和生物改性木材细胞壁的硬度、弹性模量、蠕变特性与黏弹性等力学性能进行了研究。木质材料界面作为纳米级厚度的界面相或者界面层,不仅影响木质材料的强度、刚度,而且影响木质材料的断裂韧性等。界面力学是决定木基复合材料整体力学性质的关键,是引起材料变形、强度下降的主要原因。研究界面的属性和特征对于木基复合材料整体属性的评价以及结构的优化设计有一定参考价值,研究内容涉及有胶合界面、纤维增强聚合物界面以及木制品涂层的微观力学。随着研究尺度逐渐缩小,微观力学表征技术趋向高分辨率及数据定量化,如今已能在纳米级分辨率下进行力学信息成像,为木材科学领域的研究提供了方便。微观力学表征技术在木材科学领域中的应用尚具有较大潜力,但仍有较多方向尚未涉及,还应在以下3方面展开研究:一是需要开展微观力学技术在木材科学领域应用的标准化研究,规范测试过程,确保测试结果的可靠性和一致性;二是建立木质材料宏观到微观的完整力学体系,从本质上剖析木质材料的力学行为,在纳米尺度上表征木质材料的性质和失效机制;三是随着木材科学领域研究的深入,需建立微观力学与微观化学、微观物理、微观环境学的联系,丰富木材及木基复合材料在微纳尺度的研究。 展开更多
关键词 微观力学 木材 木基复合材料 细胞壁 界面
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木材细胞壁纳米技术研究进展与展望 被引量:10
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作者 卢芸 梁振烜 +1 位作者 付宗营 张世锋 《林业工程学报》 CSCD 北大核心 2022年第5期1-11,共11页
木材是一种环保、可再生的天然生物质材料,面对日益严峻的环境污染和能源枯竭,木材作为一种负碳材料展现出巨大的发展潜力。木材细胞中的细胞壁作为实体结构与木材的性能密切相关,随着纳米技术和木材科学的发展,人们对木材细胞壁的超分... 木材是一种环保、可再生的天然生物质材料,面对日益严峻的环境污染和能源枯竭,木材作为一种负碳材料展现出巨大的发展潜力。木材细胞中的细胞壁作为实体结构与木材的性能密切相关,随着纳米技术和木材科学的发展,人们对木材细胞壁的超分子构造和组分间互作机制的认识越来越深入,木材细胞壁纳米技术逐渐成为木材科学研究的热点。简述了木材细胞壁的多尺度层级结构、组分间相互作用及次生壁聚集体薄层的研究现状,从细胞壁组分、纤维素聚集态、孔隙结构、细胞形态、组织形态等方面综述了细胞壁纳米技术的调控机制,概述了木材及其衍生材料在通用建材、轻质结构材料、环境修复、能源存储与转化、纳米离子流体输导及光热管理等领域的应用。最后,针对目前研究的局限性及存在问题,在结构解译、调控技术、表征手段、学科融合、国家政策等方面对木材细胞壁纳米技术未来发展趋势进行展望,以期为实现木材的高值开发与创新利用提供理论支撑,推进我国生物经济高质量发展。 展开更多
关键词 木材 细胞壁 细胞壁纳米技术 多层级结构 纳米组装 调控机制
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利用核磁共振测定木材吸着水饱和含量 被引量:9
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作者 高鑫 庄寿增 《波谱学杂志》 CAS CSCD 北大核心 2015年第4期670-677,共8页
利用核磁共振(NMR)技术研究了室温与-3℃条件下5种树种木材内水分质子的自旋-自旋弛豫时间(T2)特性,室温下各树种木材试样T2弛豫时间特性的不同是由木材微观构造导致的.通过对比冷冻前后各树种试样的信号反演峰面积,确定了其吸着水饱和... 利用核磁共振(NMR)技术研究了室温与-3℃条件下5种树种木材内水分质子的自旋-自旋弛豫时间(T2)特性,室温下各树种木材试样T2弛豫时间特性的不同是由木材微观构造导致的.通过对比冷冻前后各树种试样的信号反演峰面积,确定了其吸着水饱和含量,樟子松38.3%,杉木38.5%,杨木36.0%,白蜡木35.6%,轻木47.6%,均高于通过吸湿外推法估算数值,与溶剂排出法、多孔板法、离心法等实测法获得的吸着水饱和含量的结果相近,核磁共振技术可作为木材内吸着水含量快速测定的实验方法. 展开更多
关键词 核磁共振(NMR) 吸着水含量 自旋-自旋弛豫时间(T2) 木材 细胞壁饱和润胀
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