晶种预植结合微波水热法木材表面纳米晶层的高效制备

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1、万方数据学校代码：10225学号：B15038学位论文晶种预植结合微波水热法木材表面纳米晶层的高效制备指导教师姓名：申请学位级别：论文提交日期：’授予学位单位：富艳春傅万四研究员刘一星于海鹏教授东北林业大学博士学科专业：木材科学与技术2015年03月论文答辩日期：2015年06月东北林业大学授予学位日期：2015年06月答辩委员会主席：论文评阅人：聋拈符素大学万方数据UniversityCode：10225RegisterCode：B15038DissertationfortheDegreeofDoctorHigh--efficientsynthesisofnanostructurec

2、oatingsviapre·-seedingcombinedwithmicrowavehydrothermalmethodonwoodsurfaceCandidate：Supervisor：AssociateSupervisor：AcademicDegreeAppliedfor：Speciality：DateofOralExamination：University：YanchunFuResearcher№SiFuProf．Y'LxingLiuandHaipengYuDoctorWoodScienceandTechnologyJune．2015NortheastForestry万方数据摘

3、要在纳米材料的合成工艺日渐成熟的背景下，人们将其引入木材改良研究领域，使得这些具有特殊性能的纳米材料在木材的防护应用中发挥了重要作用。基于表面工程的思想，利用水热法将功能可控的纳米材料负载于木材表面，是近几年来木材功能改良研究的重要方法之一。然而，水热法制备出的纳米材料不可避免的会出现团聚、分散不均以及与木材表面结合性较差，甚至脱落等一系列问题，并且通常水热的处理时间相对较长，也会使木材出现一定程度的降解。针对上述易出现的问题，本论文提出两种解决方案。第一种解决方案是在水热合成之前预先对木材表面进行布植纳米晶种的处理，并以此作为晶核生长点，使纳米材料能够在木材表面原位定向生长，从而有效

4、地防止团聚，并且增强了其与木材表面的结合。第二种解决方案是采用微波辅助水热合成的方式来代替传统的热传递加热，从而大大缩短了反应时问，提高了制备效率。本论文首先从吸附结合的角度设计了两种晶种预植的方法：(1)基于胶体化学的思路，通过反复浸渍，使胶体粒子能够与木材表面的大量羟基以氢键的形式相互结合；(2)首先实现聚阳离子电解质在木材表面的静电吸附，既而在其上实现聚阴离子电解质和无机纳米粒子的层层自组装。这两种方法操作简便，预植处理过程在室温下即可完成，解决了木材表面晶种预植的技术难题。其后，在微波辅助的条件下，以ZnO作为代表性生长单元，在木材表面水热合成了ZnO纳米晶层。系统探讨了晶种合

5、成条件、水热前驱体浓度、反应温度、微波辐射时间、阶段加热、生长次数等工艺因素对ZnO纳米晶体的结构、形貌、尺寸以及生长的影响，并分析了相应条件下，ZnO晶体的生长机制。最后，对功能性改良后木材的表面性质以及其被赋予的新型性能进行了验证检测分析。本论文主要的实验内容以及研究情况分为以下几个部分：1．以重复浸渍胶体溶液作为预植晶种的方法，并通过常规水热合成技术在木材表面制备出ZnO纳米晶层。以醇体系作为介质，使反应前驱物在温和的化学环境下能够形成过饱和溶液并水解成核，均匀地分散于胶体网络之中，将木材反复浸渍胶体溶液，使得胶体粒子能够充分地与其表面的羟基结合形成氢键，为ZnO晶体提供了成核及

6、生长基础。在常规水热合成过程中，通过调节反应温度、处理时间、选取不同的表面活性剂等工艺条件，可有效地控制晶体的结构、形貌、尺寸以及定向性。通过检测分析可知，木材表面生长的ZnO晶体具有纤锌矿结构，棒状，端面呈六角形，平均直径在150．200nm之间，长度约为900nm。并且详细地阐述了ZnO晶种的形成，与木材表面的结合以及晶体外延生长的机理，深入分析了晶种预植处理、水热反应时间以及表面活性剂的选择对水热生长ZnO纳米晶层的影响。2．以重复浸渍ZnO胶体溶液作为预植纳米晶种的方法，通过微波辅助水热合成技术在木材表面制备出ZnO纳米晶层。晶种预植的方法同前，而在水热生长阶段，利用微波辐射代

7、替传统的传递加热方式，有效地将总反应时间从2-10h缩减到30～90min，万方数据东北林业大学博士学位论文并制备出了结晶良好、生长均匀的六角棒状ZnO纳米结构。详细分析了前驱物溶液浓度、微波辐射时间、水热反应温度、阶段加热、重复生长次数等工艺因素对微波辅助水热生长ZnO晶体的结构、形貌、尺寸以及分布的影响。发现前驱物溶液浓度越大，越容易得到高长径比、棒状形貌明显的ZnO晶体；温度越高，越利于ZnO晶体的生长，结晶性也越好；微波辐射的时间越长，