竹材表面仿生功能構(gòu)建及形成機(jī)理研究.pdf

1、仿生自然界生物體某一功能構(gòu)筑新型材料已成為當(dāng)今社會(huì)研究熱點(diǎn)和重點(diǎn)，已滲透至自然科學(xué)和工程技術(shù)的方方面面。竹材作為一種速生、可再生的最有可能替代木材的材料之一，具有強(qiáng)度高、韌性大、剛性好、易加工等特征，但又存在易吸濕變形、易蟲蛀、腐朽和霉變、易光致變色、易燃燒等缺陷，而傳統(tǒng)方法如浸漬或者機(jī)械刷涂等雖能部分解決上述問題，但依然存在涂于竹材表面時(shí)易發(fā)生材料流失嚴(yán)重、與基體界面結(jié)合牢固性差等不足，并且不能賦予竹材新的奇異功能。因此，該論文是在傳

2、統(tǒng)研究結(jié)果基礎(chǔ)上，依據(jù)仿生學(xué)原理并結(jié)合納米制造技術(shù)，在竹材表面設(shè)計(jì)生長了ZnO、Ag、CaCO3等各種納米晶體，解決了竹材易吸濕變形、易燃燒、易光致變色、易腐朽等固有缺陷，賦予竹材超疏水、超疏油、耐酸堿、自清潔、導(dǎo)電、降解有機(jī)物等新的奇異功能，主要研究結(jié)論如下：
　　（1）對(duì)竹材表面功能性ZnO納米結(jié)構(gòu)仿生構(gòu)建工藝進(jìn)行了探究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)利用低溫水熱法可在竹材表面制備6種形態(tài)的纖鋅礦納米ZnO：類球狀、顆粒狀、針狀、草坪狀、蘭花狀以及

3、納米片狀。ZnO的形態(tài)受水熱溫度和時(shí)間的影響很大，ZnO納米材料在50℃及以上的溫度生長量明顯，在105℃及以上的溫度能夠使竹材表面生成的ZnO晶體溶解；隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，ZnO納米晶體的生長量先逐漸增加，后隨著時(shí)間延長逐漸溶解；一定濃度的 OH-對(duì)ZnO納米材料的成核和形成起到至關(guān)重要的作用；不同鋅鹽前驅(qū)溶液對(duì)竹材表面生成的 ZnO納米形態(tài)沒有明顯影響。本實(shí)驗(yàn)較適宜的生長條件：水熱溫度為95℃、反應(yīng)時(shí)間為1h、NaOH和ZnAc摩爾

4、比為20:1。
　?。?）竹材本身不具有自降解有機(jī)物功能，本章通過仿生自降解功能制備了ZnO/竹材復(fù)合光催化劑，對(duì)制備的負(fù)載有交聯(lián)的 ZnO納米壁的竹材試樣在紫外燈照射下進(jìn)行了催化羅丹明B實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)：制備的竹材試樣具有優(yōu)越的光催化性能，在相同的試驗(yàn)時(shí)間內(nèi)，催化效率可以P25相當(dāng)，且同一試樣重復(fù)循環(huán)使用3次之后，光催化效率依然可達(dá)70％。
　　（3）本章節(jié)通過仿生荷葉超疏水功能，利用含氟物質(zhì)在竹材表面成功制備了超雙疏薄

5、膜。對(duì)制備的負(fù)載有玫瑰花狀結(jié)構(gòu) ZnO納米材料的竹材試樣進(jìn)一步利用氟硅烷（FAS-17）表面改性，開發(fā)了一種耐久、抗腐蝕、超雙疏的 ZnO/竹材復(fù)合材料。經(jīng)FAS-17處理后的竹材試樣不僅具有超雙疏性質(zhì)，而且對(duì)油和腐蝕性液體也有了很好的抗腐蝕性；對(duì)油與水的接觸角均大于150°；當(dāng)試樣被放置于空氣中兩個(gè)月后或者浸入pH值為1的鹽酸溶液或pH值為14的氫氧化鈉溶液中以50℃的條件加熱3小時(shí)后，其依舊保持超疏水性，對(duì)水的接觸角均大于150°。

6、
　?。?）本章節(jié)對(duì)具有荷葉超疏水表面竹材的性能做了進(jìn)一步分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)經(jīng)FAS-17處理之后的ZnO/竹材復(fù)合材料同時(shí)具有了拒水性、抗紫外性和耐燃性。處理之后的竹材試樣不僅具有耐久的超疏水特性，而且還對(duì)模擬的酸雨具有良好的抵抗性能，接觸角可達(dá)152°。另外，這種方法處理過的竹材熱穩(wěn)定性明顯提高，同時(shí)也存在優(yōu)越耐火和抗紫外性能。
　?。?）竹材本身是絕緣體，本章通過仿生導(dǎo)電功能以及仿生荷葉超疏水功能制備了既導(dǎo)電又疏水的竹材。

7、利用銀鏡反應(yīng)先在竹材表面制備一層規(guī)整的Ag納米粒子，這些Ag納米粒子不僅在竹材表面構(gòu)筑了粗糙的表面，為制備超疏水的竹材表面提供了基礎(chǔ)，而且還賦予了竹材金屬的特性---導(dǎo)電性。制備的超疏水竹材不僅能夠抵抗整個(gè)pH范圍內(nèi)的溶液，還能夠經(jīng)受住強(qiáng)烈的攪拌和蒸煮，依舊保持疏水性和導(dǎo)電性。
　?。?）本章節(jié)模擬貝殼海水自礦化過程，利用水熱礦化法在竹材表面仿生鮑魚殼制備了層狀CaCO3涂層，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)通過預(yù)置晶種以及進(jìn)一步在溫度為50℃反應(yīng)24h