天然高分子基纳米复合材料.wps

《天然高分子基纳米复合材料.wps》由会员分享，可在线阅读，更多相关《天然高分子基纳米复合材料.wps（15页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、 西 南 林 业 大 学高分子基高分子基/纳米复合材料的现状与前景纳米复合材料的现状与前景专业：木材科学与技术班级：研一（5）班学生姓名：赵 大 伟导 师：陈 太 安完成时间：2023 年 2 月 27 日1 纳米技术及其应用.11.1 纳米科学与技术.11.2 纳米材料.21.3 纳米材料的制备方法.32 木材中的纳米结构.32.1 纳米层.32.2 纳米 CMF 和 Matrix 以及纳米晶胞.52.3 纤维素分子链簇.53 纳米技术在木材方面的应用.53、1 木质基/无机纳米复合材料的研究进展.63、1、2 溶胶-凝胶法制备木质基/无机纳米复合材料.63、1、3 插层复合法.73、2 纤

2、维素基/无机纳米复合材料.73、3 高分子基/纳米材料的表征方法.83、3、1 X 射线衍射技术.93、3、2 电子显微技术.93、3、3 热分析技术.93、4 制备天然高分子基/纳米复合材料的主要问题.104 天然高分子基/纳米复合材料应用前景.10参 考 文 献.110高分子基高分子基/纳米复合材料的现状与前景纳米复合材料的现状与前景 摘要：综合介绍了近年来天然高分子基/纳米复合材料的制备,对木材/无机纳米复合材料研究进展进行了总结与归纳,并且基于木材细胞壁的层构造及其主成分的堆积模型，提出了木材中的纳米空隙构造、纳米构造单元、纳米木材等新概念。木材中的纳米空隙预示着木材具有收容纳米微粒、

3、纳米管、纳米棒等纳米结构单元的空间,木材基/无机纳米复合材料可以在 0-2，0-3 尺度上进行操作，并且提出了制备木质基/无机纳米复合材料的方法可以为溶胶-凝胶法、插层法以及提出了纳米复合材料的几种表征方法，也提出了一些现阶段木质基/纳米复合材料所存在的一些技术盲点和对未来木质纳米复合材料的前景进行了展望。关键字：纳米尺度；纳米复合材料；纳米结构 Abstract:T Abstract:The Great Wall big standard variety body start art song ti in Jane Chinese dragon light GuTi Great Wall r

4、ound line kai ti comprehensive introduced in recent years,/natural polymer nano composite by,on the wood/inorganic nano composite materials research progress on the summary and induction,and based on the cell layer structure of wood and of main components of accumulation model,put forward the nano s

5、pace structure,lumber nanometer tectonic units,nano wood and other new concept.Lumber nanometer gap in that wood is holding the nano particles,nanotubes,nano stick nano structure unit space,wood base/inorganic nano composite materials can 0-0-2 in 3 scales operation,and put forward the preparation w

6、oodiness base/inorganic nano composite method can serve as sol-gel,inserted layer method and puts forward several kinds of the nano composites presented.different methods,but also put forward some present wooden base/nano composites some of the existing technology to blind spots and future woodiness

7、 nano composite prospect.he Great Wall big standard variety body start art song ti in Jane Chinese dragon light GuTi Great Wall round line kai ti comprehensive introduced in recent years,/natural polymer nano composite by,on the wood/inorganic nano composite materials research progress on the summar

8、y and induction,and based on the cell layer structure of wood and of main components of accumulation model,put forward the nano space structure,lumber nanometer tectonic units,nano wood and other new concept.Lumber nanometer gap in that wood is holding the nano particles,nanotubes,nano stick nano st

9、ructure unit space,wood base/inorganic nano composite materials can 0-0-2 in 3 scales operation,and put forward the preparation woodiness base/inorganic nano composite method can serve as sol-gel,inserted layer method and puts forward several kinds of the nano composites presented.different methods,

10、but also put forward some present wooden base/nano composites some of the existing technology to blind spots and future woodiness nano composite prospect.Keywords:Nanometer scale;nano composites;Nano structureKeywords:Nanometer scale;nano composites;Nano structure 1 纳米科学技术自诞生以来所取得的成就以及对各个领域的影响和渗透一直引

11、人注目,被誉为 21 世纪最有前途的材料。1990 年起纳米科技正式有了专业名称,其标志是美国巴尔的摩首届纳米科技会议并决定出版的纳米结构材料、纳米生物学和纳米技术 3 种国际刊物，世界各国对纳米科学与技术投入了巨大的人力和物力进行研究,美国自 1999 年在自然(400 卷)发布重要消息：“美国政府计划加大投资支持纳米技术的兴起,并把纳米技术列入了政府关键技术、2005 年战略技术”。欧共体的尤里卡计划、日本的创造科学技术推进事等都将发展纳米科学技术研究列入重点发展计划 1。我国的自然科学基金、863 项目、973 项目、攀登计划以及国家重点实验室都将纳米材料列为优先资助项目。国家自然科学基

12、金在 2002 年项目指南中强调：“纳米科技 是 21 世纪可能取得重要突破的领域之一,其与生命科学的交叉研究将得到足够的重视和支持”。从木材科学国内外研究的概况、水平和发展趋势看，近年来无机木材改性剂以其价格低廉、天然无毒日益受到人们的关注,其加工性能与普通木材相同，对层积、胶合、涂饰无不良影响，其力学强度除韧性有所下降外，弯曲强度、硬度、耐磨性明显提高，具有优良的阻燃性和耐腐性，能最大限度地保留木材的视觉环境学特性 2。因此纳米技术及其在木材科学中的应用是木材科学界所关注的高新技术之一，木质基无机纳米材料将被赋予新的功能。1 纳米技术及其应用纳米技术及其应用1.1 纳米科学与技术纳米科学与

13、技术 纳米科学与技术(Nano-ST)是 20 世纪 80 年代末诞生并在蓬勃发展的高新科技。纳米(nanometer)是一个长度单位,简写为 nm。1 nm=10-3um=10-6mm=10-9m=10A。氢原子的直径为 1A,即 0.1 nm,10 个氢原子排列起来的长度等于 1 nm,由此可见纳米是一个极小的尺寸。因此纳米科学与技术的基本涵义是在 0.1 100 nm 范围内研究物质组成体系的运动规律和相互作用以及可能的实际应用中的技术问题,通过直接操作和安排原子、分子而制造新的物质 3。它标志着人类认识和改造自然的能力已延伸到原子、分子水平，涉及到原子物理、凝聚态物理、胶体化学、配位化

14、学、化学反应动力学和表面、界面科学等多种学科。从狭义上看纳米科技主要包括纳米材料学、纳米化学、纳米体系物理学、纳米生物学、纳米电子学、纳米力学和纳米加工学。目前在木材科学可应用的技术是纳米材料技术。纳米材料大致可分为纳米粉末(0 维)、纳米纤维(1 维)、纳米膜(2 维)、纳米复合材料（3 维）等。其中纳米粉末研究开发最为成熟，是制备其他纳米材料的基础。21.2 纳米材料纳米材料 涉及到木材科学应用的纳米材料是纳米颗粒和纳米复合材料两类,因此有必要对这两类纳米材料有深入的了解。纳米粉末又称为超微粉或纳米颗粒。这类材料的尺寸一般为 1 100 nm 之间,是一种介于原子、分子与宏观物质之间,处于

15、中间状态的固体材料。纳米材料的物理、化学性质既不同于微观的原子、分子,也不同于宏观物体,纳米介于宏观世界与为微观世界之间,又称为介观世界，具有量子效应、小尺寸效应、表面效应和分形聚集特性等,从而表现出许多特有的性质，可用于光、电、磁、敏感和催化等领域，或根据纳米颗粒的特性设计紫外反射涂层、红外吸收涂层、微波隐身涂层以及其他纳米功能涂层。因此，从应用的角度上看纳米颗粒的概念应为 5：物质颗粒体积效应和表面效应两者之一显著变化或者两者都显著出现的颗粒叫做纳米颗粒或纳米微粒。这为木材改性与纳米材料结合所要达到的要求指明了方向。纳米复合材料的概念是指分散相尺寸有一维小于 100nm 的复合材料。纳米复

16、合材料与常规的无机填料/高分子材料复合体系不同,不是无机相与有机相的简单混合,而是两相在纳米至亚微米尺寸范围内复合而成,两相界面间存在着较强或较弱的氢键、范德华力等结合 4。因此,木材作为一种天然有机高分子材料与无机纳米材料复合构成木质基无机纳米复合料不仅应具有纳米材料的颗粒体积效应、表面效应等性质,而且还要将无机物的刚性、尺寸稳定性和热稳定性与木材的韧性、加工性、介电性以及独特的环境学特性揉合在一起,从而产生许多特异的性能。纳米复合材料其构成形式按基体形态分为 5 :0-0 型,0-2 型,0-3 型(哈)。0-0 型是不同成分不同相或不同种类的纳米粒子复合而成的纳米复合材料,主要体现在纳米

17、微粒填充合物原位形成的纳米复合材料。0-2 复合是把纳米微粒分散到二维的薄膜材料中,得到纳米复合薄膜材料,有时也将不同材质构成的多层膜称为纳米复合薄膜材料。0-3 复合是将纳米微粒分散到常规三维固体粉体中,填充纳米复合材料的合成,从加工工艺的角度考虑主要采用 0-3 复合形式。随着纳米科技和木材科学的发展,从理论角度上看除 0-0 型外,如果将木材细胞壁看作二维的米膜材料,则 0-2 型和 0-3 型复合形式都有可能在木材保护与改性中应用。1.3 纳米材料的制备方法纳米材料的制备方法 纳米复合材料的制备按基体种类可分为金属基纳米复合材料、陶瓷基纳米复合材料和高分子基复合材料,按复合方式不同可分

18、为纳米-纳米型、晶内型、晶间型和晶内-晶间混合型纳米复合材料 8。木材是一种天然有机高分子聚合物,属于高分子基纳米复合材料,其复合方晶粒内或晶粒间。3 高分子聚合物基纳米复合材料的制备方法主要有 9:纳米微粒直接分散法、原位复合法、插层复合法、辐射合成法、前驱体法、LB 膜技术等合成方法。2 木材中的纳米结构木材中的纳米结构 有学者把木材中的空隙分为永久空隙和瞬时空隙所谓永久空隙一般是指在干燥或湿润状态下其大小、形状几乎不变化的空隙，如：细胞腔、纹孔室等瞬时空隙则是由于润胀剂一时形成，干燥时完全消失掉的空隙，例如：细胞壁中空隙等。我们可以按尺度大小把木材中的空隙划分为【6-7】：宏观空隙、微观

19、空隙和介观空隙。所谓宏观空隙是指用肉眼能够看到的空隙，例如：以树脂道、细胞腔为下限空隙微观空隙则是以分子链断面数量级为最大起点的空隙，例如：纤维素分子链的断面数量级的空隙介观空隙则是不同于宏观和微观空隙，三维、两维或一维尺度在纳米量级（1 100 nm）的空隙，因此可以称作纳米空隙。一般介观空隙是可以用电子显微镜观察到的尺度。介观空隙或纳米空隙存在于针叶树材具缘纹孔塞缘小孔、单纹孔纹孔膜小孔、干燥或湿润状态下木材细胞壁空隙、润胀状态下微纤丝间隙之中，其中以微纤丝间隙尺度为最小。木材中纳米尺度空隙存在，意味着木材本身具有收容纳米微粒（粉体）、纳米管、纳米棒等其它纳米结构单元相同数量级的固有空间，

20、而不用特意开凿。纳米构造单元是指构成木材块体的纳米尺度的基本结构实体作者按照木材细胞壁的层构造、主成分的堆积模型，把木材中的纳米构造单元由大到小划分为：纳米层、纳米纤维素微纤丝（CMF）和基体物质（这里简称半纤维素和木素为 Matrix）、纳米晶胞、纤维素分子簇。2.1 纳米层纳米层 木材的细胞壁层构造以管胞、木纤维为例。如图 1 所示，管胞、木纤维细胞壁是由初生壁 P、次生壁的外层 S1、中层 S2 和内层 S3 组成。胞间层 I 和初生壁 P、次生壁内层 S3 的厚度为纳米尺度，故称作纳米层，如果把细胞壁看作圆筒状，则可以把初生壁 P、次生壁内层 S3 看作纳米圆筒。4.图图 1 管胞、木

21、纤维细胞壁的壁层构造管胞、木纤维细胞壁的壁层构造52.2 纳米纳米 CMF 和和 Matrix 以及纳米晶胞以及纳米晶胞 依据 Goring 等9提出的细胞壁断续层构造模型或 Goto10-11的测定结果，如果把微纤丝 CMF 断面看成是长方形的话，宽约 7 10 nm，长约 15 20 nm。Matrix 部分宽约 3.5 nm左右12】。由此可以说木材细胞壁中的 CMF 和 Matrix 都是纳米数量级的。根据 Meyer-Misch模型13（图 2），纤维素 I 晶胞的晶格常数 a=0.835 nm，b=1.03 nm，c=0.79 nm.因此可以把纤维素结晶区中的晶胞看作是纳米晶胞。.

22、图图 2 纤维素纤维素 I 的晶胞模型的晶胞模型2.3 纤维素分子链簇纤维素分子链簇 按照 Meyer-Misch 模型，如果把纤维素分子链的断面看作圆截面，则可以推算其直径约0.6 nm 左右13。这样，如果纳米尺度定义在 1 100 nm 范围内的话，2 根纤维素分子链以上的纤维素分子链簇便能够达到纳米尺度的下限。因此，可以定义由 2 根以上、若干根纤维素分子链集聚的集团称为纤维素分子链簇。3 纳米技术在木材方面的应用纳米技术在木材方面的应用 纳米技术在木材方面的应用技术主要有木质基/无机物纳米复合材料、木质纤维素/无机物纳米复合材料等。并且所复合成的纳米木质基复合材料的大部分力学性质，如

23、硬度、耐磨性、耐腐蚀性、热稳定性以及耐候性等都有很大的提高。63、1 木质基木质基/无机纳米复合材料的研究进展无机纳米复合材料的研究进展 木质基/无机纳米复合材料属于天然高分子/纳米纳米复合材料，其制备方法有插层复合法和溶胶-凝胶法等，但现在大部分的木质基/无机纳米复合材料的制备都采用溶胶-凝胶法。3、1、2 溶胶溶胶-凝胶法制备木质基凝胶法制备木质基/无机纳米复合材料无机纳米复合材料 溶胶-凝胶法：用溶胶-凝胶法制备的高分子-无机纳米复合材料已有 10 几年的历史，目前是国内外研究的热点课题。国际上日本京都大学农学部的 K.Ogiso,S.saka 等人14-17在1992 年开始开发了将溶

24、胶-凝胶法应用于制备木材无机复合材,使得沉积在木材细胞壁上所得无机微粒可达 100nm。溶胶-凝胶法是将金属无机化合物、二氧化硅、氧化铝等前驱体溶于溶剂(水或有机溶剂)中形成均匀的溶液,溶质与溶剂产生水解或醇解反应,反应生成物聚集成几个钠米左右，反应生成物是各种尺寸(约 100 nm)和结构的溶胶粒子。溶胶经干燥后即得干凝胶，使得无机纳米材料在木质基纳米微观环境中与木材中的羟基等其他基团发生物理与化学发应，复合成木质基/无机纳米材料。应用本方法已成功地制备了许多木质基/纳米粒子复合材料，例如 1998 年孙立等【18】采用溶胶-凝胶法将以硅的醇盐为主要组分的前躯体溶液注入常规预处理或偶联剂(G

25、PTMS)预处理的木材试样,在热处理条件下反应,使氧化硅在木材细胞壁内形成核,聚集并长大,制成木材/二氧化硅纳米复合材料。王西成等 20 25以 AlCl3-6H2O 为原料,制备高盐度碱式氯化铝 Al2(OH)nCl6-n,作为催化剂及网络形成剂参与陶瓷前驱体中 TEOS、GPT MS 的水解、缩聚反应,将其注入木材并热处理,得到高性能的(AL-,Si-)陶瓷化木材,且探讨了木材与二氧化硅无机相间的化学键性质,在力学、阻燃、耐腐蚀性和尺寸稳定性等方面较素材有较大的提高。2001 年廖秋霞 26等以硅酸乙酯作为无机纳米前体,以甲基丙烯酸甲酯为有机改性单体,经无机前体的溶胶-凝胶过程或与有机单体

26、原位聚合同时进行制得木材-SiO2复合材料与木材-PMMA-SiO2复合材料。1997 年 S,Saka.H.M iy afuji 及 T.ueno 27-28采用凝胶法和溶胶-凝胶(sol-gel)分别制备成功 T iO2和 SiO2木材 无机复合材具有较好的尺寸稳定性、阻燃性及力学性质。1998 年 Fumie.T,Saka.S etc 29通过溶胶-凝胶法并加入抗微生物的 TMSAH 药剂制备木材/无机复合材取得较好的效果。1998 年 H.M iyafuji,S.Saka【30】制备 SiO2-P2O5-B2O3多元复合木材无机/纳米复合材,具有特别优良的阻燃性。1995 1999 年

27、 M ougel.E 等 31通过注入水泥制成控制木材/无机复合人造板，制备了具有较 好的声学特性和机械性能。2001 年 Jian-zhang.L.T.Furuno 等 33制备乙酰化的 SiO2木材/无机复合材具有特别优良的尺寸稳定性等。以上制备木质基/纳米复合材料的方法都是溶胶-凝胶法，都是利用木材是一种多孔的高7分子材料，使前驱体或者无机纳米材料随着溶液渗透到木材中的微米或者纳米空隙中。所以如果先对木材进行一些方法的预处理如间歇微波处理、超临界处理和真空处理等来提高木材的渗透性，这样无疑有利于前驱体溶液和无机纳米材料溶液的渗入。并且此种方法的关键是如何最大限度的将纳米级材料送入木材内部

28、，并且使其在木材内部分布均匀，降低团聚率。3、1、3 插层复合法插层复合法 插层复合方法是利用层状无机物(硅酸盐粘土)作为主体,将有机单体作为客体插入无机物夹层间原位聚合或聚合物直接插进夹层间,进而破坏硅酸盐的片层结构,实现高分子与粘土类层状硅酸盐在纳米尺度上的复合,达到制备有机/无机纳米复合材料的目的。按照复合过程分为插层聚合法(Inter-calation polymerizatio n)和聚合物插层法(poly mer intercalation)两大类。插层复合方法是有可能应用于木材改性的方法之一，但现在国内对这种方法用于木材的改性的研究视乎是微乎其微的，原因可能就是木材内部几乎不存在

29、连续的夹层间隙，现在还没有找出一种能有效的人为的使木材内部呈现出纳米级别的夹层空隙。插层复合木质基/纳米复合材料法无疑是以后木材科学工作者的研究热点。3、2 纤维素基纤维素基/纳米复合材料纳米复合材料 纤维素是天然高分子化合物，化学结构式为(C6Hl005)11)，它是生物圈内最丰富的有机物质，占植物的 50以上。纤维素组成是叶干重的 l0左右，木材干重的 50，麻纤维占总体的 7080，棉纤维为的 9098。纤维素是线型葡聚糖，残基间通过（14)糖苷键连接的纤维二糖可看成是他的二糖单位。分子式可写作(C6Hl005)n。分子长度在 100 至 14000个残基。纤维素链中每个残基相对于前一个

30、残基反转 1800，使链采取完全伸展的构象。相邻，平行的(极性二致的)伸展链在残基环面的水平向通过链内和链间的氢键网形成片层结构(sheet structure)，片层之间即环面的垂直向靠其余氢键和环的疏水内核间的范德华维系。这样若干条链聚集成紧密的有周期性晶格的分子束，称微晶或胶束。多个这样的胶束平行的共处于电镜下呈线状的微纤维中，纤维间是排列疏松无序的多糖链。纤维素纳晶(NCC）是一种具有优良性能、可望应用于多种领域的天然纳米材料。它是纤维素的最小物理结构单元，长约 200 nm，直径约为 10nm。纤维素纳晶具有独特的性质，这些性质与纤维明显不同，也不同于微晶纤维素。纤维素纳晶随其浓度的

31、不同而分别呈现出透明、浑浊、凝胶及晶状固体。NCC 既可发生随机分布，使体系成各向同性，也可产生手性列相，使体系成各向异性，当这种各向异性的体系干燥后就可表现出彩虹色彩，NCC 的颜色可通过调节其悬浮液的离子强度而制得。所以也可以用纤维素纳晶为 1 维的纳米级增强材料，与其他的高分子基复合成纳米新型材料。以纤维素为模板合成 0-1 型纳米纤维材料的研究在这几年得到了很大的发展，因为纤维8素具有带状或管状结构，一般其中纤维素在自然界中最为常见，方便易取，并且符合绿色化学的要求。以纤维素为模板制备纳米粒子的过程中一般不需要有机添加剂，还原剂等，避免给环境造成负担、避免了排放有害物质。学者们称他们的

32、研究方法为“绿色处理”，因为它仅仅需要加热、晶格化纤维素和金属盐。而其他获得不同大小尺寸的均匀纳米金属晶体的方法则需要用强腐蚀性化学物质作为还原剂和稳定剂。Shill 等选用植物纤维进行了相关研究。他们将有序的白杨木和松木纤维细胞进行表面活性剂为模板的原位矿化，然后将其烧结去除有机物，得到了多孔的二氧化硅陶瓷化物质。这种多级多孔材料不仅完全再现了原始木材组织的细胞结构，而且在细胞壁中也包含了有序的中孔结构。Huang 等【34】采用多次循环浸渍的方法增加了模板对二氧化钛和氧化锆凝胶的吸附量，通过这种方法分别得到了纸模板和棉纤维模板的二氧化钛和氧化锆材料。2004 年 He等【32】以丝绸为模板

33、，通过溶胶一凝胶的方法制备多孔氧化钛和氧化锆纳米颗粒，然后除去有机物。并以生物形态的氧化物为模板，硼氢化钠为还原剂制备贵金属金纳米颗粒。2005年 IzulIli Ichinose 等【35】以纤维素为模板，钛酸四丁酯为前驱体，将前驱体溶解在有机溶剂中，通过过滤的方法，使前驱体附着在滤纸上，通过煅烧除去模板并合成了具有纤维结构的纳米 Ti02。同年，MKhAIIliniall 等【36】以 TiPT 为前驱体，将蒸馏水用 HCl 调节 PH 至适当值，然后将前驱体加入，并不断搅拌，直至有白色沉淀的溶液变为澄清液，然后棉花浸入该液中两个小时后再高温煅烧，即可得到结构为 79 姗的纳米颗粒组成的管

34、状 Ti02。纤维素基/纳米复合材料是以从木材中分离的较纯的纤维素为基体，并且在纤维素基体内部混入一定量的经过预处理的纳米材料所复合而成的一种新型材料。根据混入纳米材料性质和量的不同可以制成不同功能的纤维素/纳米复合材料，例如纤维素基/金属纳米复合材料具有硬度高、尺寸稳定、防静电、防屏蔽等功能。纤维素基/玻璃纤维纳米复合材料具有硬度高、重量比轻、绝缘性强、耐老化性、热稳定性强等功能。国内对纤维素基/纳米复合材料的研究比较少，原因可能是如何能让纳米材料在纤维素中的分布比较均匀，不出现纳米材料聚团的现象以及如何处理好胶粘剂、偶联剂以及其他试剂与纤维素、纳米颗粒或者纤维的关系，使得所复合的材料具有较

35、强的结合能力和性能。纤维素基/纳米复合材料的制备过程一般包括，木质纤维素分离与表面改性处理以及含水率的水平、纳米级材料的选取与表面改性处理、胶黏剂、偶联剂的选取以及热压时温度、压力、外界环境的湿度控制等过程。纤维素基/纳米复合材料的制备方法可以采用共混法，通过物理方式如研磨分散、胶体磨分散、球磨分散、砂磨分散、高速搅拌等方法使已经处理完的纳米级材料在纤维素内部与表面分布均匀，然后进行板柸的气体铺装以及对其进行有效的热压处理，最后对复合材料进行有效的后期处理。3、3 高分子基高分子基/纳米材料的表征方法纳米材料的表征方法 复合材料的化学组分及其结构是决定其性能和结构的关键因素。在纳米尺度上对复合

36、材9料的表征显得非常重要。高分子基纳米复合材料的表征技术可分为结构表征和性能表征两个方面。纳米单元的结构特征可以采用 x 射线光电予能谱(XPS)、俄歇电子能谱(AES)，离子能量损失谱(ILS)，TEM 等来表征。而界面结构及相互作用用表征技术很多，XPS，AES，激光拉照光谱、红外光谱等均可用于研究和表征纳米粒子/高聚物的相互作用等；而高聚物界面层的性质可以用 DSC、动态粘弹谱、介电谱等表征。3、3、1 X 射线衍射技术射线衍射技术 广角 X 射线衍射(WARS)可用于确定纳米单元的结构参数，看是否存在结构畸变等；对其衍射谱进行径向分布函数处理，还能获得纳米粒子或基体近邻原子排布的变化情

37、况。小角x 射线散射(SAXS)可用于测定粒子的粒径分布、体积分数和粒子/基体界面面积，且粒子排布造成的干涉效应也能在曲线上反映出来，可以给出纳米晶的晶型和晶体形态的表征数据。3、3、2 电子显微技术电子显微技术 扫描电子显微镜(SEM)主要用于观察纳米粒子的形貌、纳米粒子在基体中的分布情况等；常用于复合材料中的纳米相粒子的聚集状态的观测，反映聚集态的纳米粒子的大小。一一般只能提供亚微米的聚集粒子大小及形貌的信息。TEM 用于研究纳米材料的结晶情况，观察纳米粒子的形貌、分散情况及测量和评估纳米粒子的粒径。是常用的纳米复合材料的微观结构表征技术之一。高分辨的 TEM 可观测到纳米粒予的集聚态结构

38、，甚至单个纳米粒子的分布状况。透射电子显微镜与图像处理技术结合可用于确定纳米粒子的形状、尺寸及其分布和粒子间距以及分形维数的确定。对纳米粉体的观测，TEM 得到的结果往往是粉体直观的聚集态结构，也有初级结构。3、3、3 热分析技术热分析技术 热分析技术是通用型分析测试技术，在测定纳米复合材料的热稳定性方面有其独特的特点：样品可在很宽的温度范围变化条件下的研究，反应样品的稳定性程度强，纳米复合材料的物理形态可以是任意的，包括固态、液态或凝胶状态，样品的用量很少，一般为 01 ug一 1 0mg；实验的时间很宽，可从几分钟到几个小时，获得的信息较多等特点。其中包括常用的热分析技术有：热失重分析法(

39、TG)，示差扫描量热法(DSC)、动态力学分析法(DMA)等。103、4 制备天然高分子基制备天然高分子基/纳米复合材料的主要问题纳米复合材料的主要问题 （1）如何提高纳米级无机颗粒在木材内部微米空间和纳米空间的渗透量，降低纳米粒子在木材内部的团聚率，使纳米粒子在木材内部分散均匀，以及如何更好的保护木材内部的纳米粒子。（2）纳米颗粒材料在聚合物基体中的分散及表征，即如何用更加有效的方法准确、清晰的描述纳米颗粒在基体材料中的分布与结合形式。（3）利用某种依据来预测纳米材料巾的微区尺寸减小到多大时，材料才能表现出特殊的性能，即微区尺寸与材料性能的定量关系。（4）纳米颗粒材料与聚合物材料的界面粘结状

40、况以及对复合材料性能的影响。（5）提高产品的力学性能，并在具有相同力学性能的前提下，尽可能减轻产品质量。过纳米级的表面改性制备新的纳米无机一有机复合材料。（6）减小加工过程的能耗和所需资金、设备等的投入，降低制造成本。目前对天然高分子基/纳米复合材料的研究仍然处在不成熟阶段，纳米颗粒在聚合物中良好的分散与复合纳米材料的性能密切相关并且是学者们要研究和解决的主要问题。通过建立纳米力学模型和对聚合物/纳米颗粒界面的性质的深刻理解能够进行指导，有利于对聚合物/纳米复合材料的力学性能的优化。4、天然高分子基、天然高分子基/纳米复合材料应用前景纳米复合材料应用前景 由于我国的可用林业总面积正在逐渐减少，

41、以前的许多珍稀树种现在已经濒临灭绝，而且现在可用树木的树径尺度也越来越小，所以复合材料是现代材料科学发展的主要方向。木材是一种天然的有机高分子复合材料,是应用最广泛而全球紧缺的工程材料之一,是一种天然生长的生物材料,作为原材料,其应用范围日益广泛。在木材性质上集中了许多其他材料不能相比的优点,如强重比大,绝热,干材绝缘,在适宜使用条件下能耐久,有令人喜悦的材色、结构和纹理,易于加工,可以培育的再生以及再利用和再循环。但在木材的特性中同时存在某些固有的缺点,如易腐性、易燃性、尺寸不稳定性、各向异性、变异性等给加工和利用带来了许多棘手的问题。为了使木材和木材制品适应某种用途的需要或具有改良木材的某

42、种特性,有必要选择适宜方法对木材材性进行化学改性处理,制造新型复合木材将纳米科技引进到木材科学中极大地扩宽了木材科学的研究领域,促进与相关学科的交叉、外延与综合,使研究深度从细胞水平上升到分子水平,使木质基纳米材料将被赋予新的功能。总之在木材科学中具有巨大发展应用前景的是纳米科技（纳米微粒、纳米复合材料、纳米仿生技术等）在木材改性方面的应用,所以要使木材科学跟上有关纳米复合材料发展的步伐,占领新的至高点,充分发挥木质纳米复合材料的新优势,使之进入一个新的天地。11 参参 考考 文文 献献1 张立德.纳米材料研究的新进展基在 21 世纪的战略地位.中国粉体技术,2000,6(1):1 52 李坚

43、,吴玉章.无机质复合木材与人造板.北京木材工业,1995(2):15 173 张立德,牟季美.纳米材料和纳米结构.北京:科学出版社,2001.2 54 徐国财,张立德.纳米复合材料.北京:化学工业出版社,2002.1 35 曹茂盛,关长斌,徐甲强.纳米材料导论.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2001.5 66 张玉龙,李长德,张银生,等.纳米技术与纳米塑料.北京:中国轻工业出版社,2002.31 547 章永化，龚克成.Sol-Gol 法制备有机-无机纳米复合材料进展.高分子材料科学与工程，1997，13（4）：14 198 吴人洁.复合材料.天津:天津大学出版社,2000.262 3049

44、Goring D A I.Cellulose chem technol.ACS Symposium Series，1977，48：27410 Goto.S auvat N,Sell R.A st udy of ordinary portlant cement hydrationw it h w ood by isot hermal calorimet ry.Holzf orchung,1999,53:104 10811 Goto.Furuno T,U ehara T,Jodai S.Combinat ion of wood and silicat eII.Water-mineral compo

45、sites using water glass and react ant s bariumchloride,boric acid and borax and t heir propert ies.M okuzaigakkaish i,1992,38(5):448 45712 Furuno T,U ehara T,Jodai S.Combinat ion of w ood and silicat eIIIS ome propert ies of wood-mineral composit es using t he w at er glass-boron compound syst em.M

46、okuzai gakkaishi,1993,39(5):56157013 Mayer.44 M ougel E,Beraldo A L.Cont rolled dimensional variat ions of w ood-cem ent composit es.Holzforchung,1995,49:471 47714 Kogiso.Y amaguch i H.preparat ion and physical properties of wood fixed w it hsilicic acid compounds.M okuzai gakkaishi,1994,40(8):838 8

47、4515 Kogiso.S aka S,U eno T.Several SiO2wood-inorganic composites and t heirf ire-resist ing propert ies.Wood science and t echnology,1997,31:457 46616 M iyaf uji H,S aka S.Kogiso.fire-resist ing properties in several T iO2w ood-inorganic composites and t heir t opochemist ry.Wood science andt echno

48、logy,1997,31:449 45517 Kogiso.S aka S.A nt imicrobial TM SA H-added w ood-inorganiccomposit es prepared by t he sol-gel process.H olzf orchung,1998,52:365 37018 孙立,莫小洪,程之强,等.用化学方法制备木材/二氧化硅纳米复合材料.中国建材科技,1998,7(3):23 2519 谢征芳,肖加余,陈朝辉,等.溶胶 凝胶法制备复合材料用氧化铝基体及涂层研究.宇航材料工艺,1999(2):30 371220 王西成,史淑兰,程之强,等.(Si

49、-A l-)陶瓷化木材的化学方法.材料研究学报,2000,14(1):51 5521 王西成,程之强,莫小洪,等.用化学方法制备木材/二氧化硅原位复合材料界面的研究.材料工程,1998(5):16 1822 王西成,田杰.陶瓷化木材的复合机理.材料研究学报,1996,10(4):435 44023 王西成,金燕苹,吴桢干,等.Sol-gel 法制备 T iO2/PV P 纳米复合材料及其表征.金属学报,1999,35(11):1224 122824 王西成,肖加余,陈朝辉,等.溶胶 凝胶法制备复合材料用氧化铝基体及涂层研究.宇航材料工艺,1999(2):30 3725 王西成,唐颂超,周达飞,

50、等.纳米 SiO2 在 M MA 单体在位分散聚合的研究.材料导报,2000,14(10):71 7226 廖秋霞,卢灿辉,许晨.原位溶胶 凝胶制备木材-PM M A-S iO2 复合材料及其显微结构.福建化工,2000(1):21 2327 Saka S,Sasak i M,T anahashi.Wood-inorganic composites pre-pared by t he sol-gel processI:wood-inorganic compos it es withporous struct ure.M okuzai gakkaishi,1992,38(6):1043 1049