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。

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。

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。

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。

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%。

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。

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。

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。

端羧基丁腈橡胶增韧改性酚醛树脂的化学结构及胶合性能

酚醛(PF)树脂胶合强度高、耐水(湿)耐候性强、阻燃性能较好,但固化后的PF树脂呈现出高聚合度三维网络结构,脆性较高、韧性不足,胶层在外力特别是冲击载荷作用下易于产生裂纹并迅速扩展,导致胶层开裂甚至失效。针对PF树脂胶黏剂固化后脆性大、韧性差的不足,探究引入端羧基丁腈橡胶(CTBN)对其增韧改性(添加量5%~25%)后试制杨木胶合板。通过傅里叶变换红外光谱、X射线衍射、固体核磁等方法分析表明,CTBN柔性链段不仅有效嵌入PF树脂固化体,而且通过活性端基(—COOH)与PF树脂羟甲基发生接枝反应。纳米压痕测试结果表明,随着CTBN添加量的增加,PF树脂固化体的硬度和杨氏模量均出现下降趋势,表明改性PF树脂固化体具有良好的韧性。胶合强度结果表明,当CTBN添加量为15%时,干胶合强度提升幅度最大,达到了110.5%;当CTBN添加量为5%时,湿胶合强度提升幅度最大,达到了48.33%。数字散斑结果表明,CTBN的加入有效减少了杨木胶合板受到外力作用时胶层应力集中的现象。研究结果证实了CTBN增韧PF树脂并提高木材胶合性能的理论和技术可行性。

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。

基质土壤蒸汽消毒传热试验与分析

土壤消毒是设施种植中直接影响产量和品质的关键环节,而蒸汽消毒是最环保可靠的消毒方式,研究蒸汽在设施基质土壤中的传热效果。在试验过程中通过搭建基质土壤传热性能测试平台,研究出汽孔深度、蒸汽通入时间、蒸汽压力、土壤含水率各因素对蒸汽在土壤内传热效果的影响,并探究蒸汽从发生装置产生至1 h之间土壤温度随时间的变化规律。研究结果表明:当针头出汽孔深度为160 mm,蒸汽压力为0.4 MPa、通入蒸汽时间为8 min时土壤传热效果最佳,并且土壤含水率越高,其传热效果越好。在最佳因素条件下,通入蒸汽时间为8 min时土壤温度便可以迅速增长到最大值,且30 min后基本能维持在60℃以上同时满足杀毒要求。确定出汽孔深度、蒸汽通入时间、蒸汽压力、土壤含水率最佳参数后,结合实际消毒要求设计出一种与可移动式土壤蒸汽消毒机配套的罩盖式多针头蒸汽盘。

风力作用下多角度梨树叶片的运动研究

针对果园风送喷雾作业时,叶片在气流作用下的运动状态对叶片表面的雾滴沉积效果有重要影响,基于双目高速摄影的方法来研究多种角度类型的叶片在不同风速下的叶片形态变化过程,通过高速相机拍摄并利用TEMA Motion软件追踪叶片上的特定标记点,并利用空间向量计算叶柄弯曲角、叶片迎风角及叶片扭转角形态参数的变化。结果表明,叶片在气流作用下会经历静止状态、抬升至某一位置产生微小幅度的摆动状态、大幅度扭转的复合运动状态,叶片产生扭转复合运动状态的风速为扭转临界风速。当风送气流速度小于扭转临界风速,叶片均保持微幅度摆动或静止状态,当风速超过临界风速,叶片产生大幅度扭转复合运动,此时叶柄弯曲角、叶片迎风角、叶片扭转角均呈现周期性运动变化。通过重复试验6张叶片,叶片产生的运动响应状态较为一致,对叶柄直径、叶片面积、叶柄长度和扭转临界风速进行相关性分析可得:临界风速和叶片单一尺寸参数的相关性较差,实际上叶片运动状态会受到叶片尺寸、叶柄强度、叶片表面平整性、主叶脉两侧对称性等多种因素的共同影响。该结果可为研究最佳风送气流速度提供参考。