热改性竹材细胞壁胶合界面微纳结构表征及温湿度响应机制研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31901374
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    21.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C1614.竹学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

High-performance bamboo-based composite materials developed based on thermal modification technology have been fully recognized by the market. However, the strength faliure of bamboo-based composite generally occurred under the hygrothermal conditions when appllied in outdoor. The bonding interphase between bamboo cell-walls and adhesive molecules is the key factor to determine the performance of bamboo-based composites. This proposed project will investigate the characteristics of bonding interphase in thermal-modified bamboo-based composite and its responding mechanism to the temperature and humidity on cell-wall level by using advanced analytical methods with high resolution such as nanoindentation, atomic force microscope-based infrared spectroscopy, etc. The effect of thermal modification on the characteristics of bamboo cell-wall including microscopic pore structure, cell wall chemistry, and crystal structure, etc. will be investigated firstly to indicate the infiltration characteristics of adhesive molecules in cell-wall structure. And then the basic characteristics of bonding interphase including morphology, chemistry, and mechanics, etc. and the interaction between these characteristics will be quantitatively analyzed to build the micro-nanoscale interface system between bamboo cell-wall and adhesive. On the basis of these results above, the evolvement rule of the characteristics of bonding interphase in the changing temperature and humidity environment will be analyzed and then the internal relations among the interfacial properties, microscopic strain in bondline, and macroscopic strength of composites will be discussed. The multi-scale characterization method of the characteristics of bonding interphase is finally established to reveal the strength failure mechanism of bamboo-based composite. This project will promote the development of bamboo bonding theory system and provide a beneficial theoretical foundation for the interphase structural design and modification, and facilitating the development of the high quality and value-added bamboo-based products.
基于热改性技术开发的高性能竹基复合材料已得到市场充分认可,但其在户外使用过程中易受温湿环境影响出现强度失效问题。细胞壁作为竹材实质承载物质与胶粘剂树脂所构筑的界面是决定复合材料强度的关键因素。本项目拟以热改性竹材为研究对象,集成应用高分辨率微区化学/力学分析等技术研究热改性对竹材细胞壁孔隙结构、细胞壁层微区化学分子结构的影响,探索细胞壁结构特性变化对树脂渗透的作用机理;精确表征胶合界面的形貌、化学、力学等结构特征,分析界面特征之间的内在联系,阐明热改性竹材细胞壁界面形成机制;在此基础上,研究界面特征在温湿度作用下的演变规律,并分析界面特征的演变对胶层微观应变和宏观胶接性能的影响,建立界面性能多尺度评价方法,阐明热改性竹基复合材料强度失效机理。预期研究结果将丰富竹材胶合理论体系,为复合材料界面结构设计和调控改性提供理论依据,促进竹材的提质增效利用。

结项摘要

细胞壁作为竹材实质承载物质与胶粘剂树脂所构筑的界面是决定复合材料强度的关键因素。本项目以热改性竹材为研究对象,集成应用高分辨率微区化学/力学分析等技术研究热改性对竹材细胞壁孔隙结构、微区化学分子结构的影响,探索细胞壁结构特性变化对树脂渗透影响;精确表征胶合界面的形貌、化学、力学等结构特征;在此基础上,研究界面特征在温湿度作用下的演变规律,并分析界面特征的演变对胶层微观应变和宏观胶接性能的影响。研究结果表明:高温热处理过程中竹材中含有大量羟基的半纤维素相对含量减少、进而使得竹材表面润湿性下降;同时热作用下竹材中大孔结构增多、但细胞之间连通的纹孔发生坍塌皱缩,进而使得酚醛树脂胶粘剂在竹材表面的渗透性下降。拉曼光谱和纳米力学测试结果发现,胶粘剂分子可以渗透进入细胞壁层,进而形成纳米尺度的胶钉作用。然而,胶粘剂的有效渗透深度降低,使得胶粘剂分子与细胞壁物质形成的交联作用减少,无论在微米尺度还是纳米尺度上,胶粘剂与细胞壁之间的机械啮合作用减弱。因此,在拉伸剪切作用下,应变分布集中于胶层,竹材胶合界面出现层间滑移,进而使得竹材的胶合强度显著下降。环境温湿度对热处理竹材胶合界面具有显著影响,但影响规律不一致。温度作用下,胶合界面区域胶粘剂、竹材细胞以及混合区域材料的力学性能变化不协调,尤其混合区域材料力学强度显著增加,使得胶合界面传递、分散应力的能力下降,将对胶合性能产生不利影响;而在一定湿度作用下,界面区域中细胞壁和混合区域材料由于自身吸湿作用,力学性能有一定程度降低,与胶粘剂的力学性能之间更协调,使得胶合界面应变分布更均匀,应力传递更有效,有助于竹材胶合性能的提高。针对热改性竹材胶合不良的问题,本项目还初步探讨使用植酸-铁离子络合物对竹材表面进行修饰,取得的一定效果,为后续研究打下了良好的基础。本项目成果将丰富竹材胶合理论体系,为热处理竹材的界面调控和产品开发提供理论依据。

项目成果

期刊论文数量(21)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(1)
专利数量(8)
Investigation of the relationship between surface colour, contact angle and chemical properties of heat-treated bamboo
热处理竹材表面颜色、接触角与化学性质关系的研究
  • DOI:
    10.1080/17480272.2022.2070029
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Wood Material Science & Engineering
  • 影响因子:
    2.2
  • 作者:
    Yaqian Huang;Ying Yu;Chi Zhang;Xinzhou Wang;Zhangqi Yang;Yong Yang
  • 通讯作者:
    Yong Yang
《竹地板——室外部分》(ISO 21629-2:2022)标准解读
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    世界竹藤通讯
  • 影响因子:
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  • 作者:
    王新洲;梁星宇;李延军
  • 通讯作者:
    李延军
Effect of plasma treatment on the surface characteristics and adhesive penetration performance of heat-treated wood
等离子处理对热处理木材表面特性及胶粘剂渗透性能的影响
  • DOI:
    DOI10.1515/hf-2022-0031
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Holzforschung
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Yaqian Huang;Junfeng Wang;Xianxu Zhan;Changtong Mei;Wanzhao Li;Yuhe Deng;Xinzhou Wang
  • 通讯作者:
    Xinzhou Wang
高温饱和蒸汽处理对原竹吸湿性能的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    林业机械与木工设备
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    曾诗轶;王新洲;卢嘉楷;朱伟;许斌
  • 通讯作者:
    许斌
Multi-scale characterization of the thermal - mechanically isolated bamboo fiber bundles and its potential application on engineered composites
热机械隔离竹纤维束的多尺度表征及其在工程复合材料中的潜在应用
  • DOI:
    10.1016/j.conbuildmat.2020.120866
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Construction and Building Materials
  • 影响因子:
    7.4
  • 作者:
    Wang Xinzhou;Yuan Zhurun;Zhan Xianxu;Li Yongcheng;Li Maoyi;Shen Liuhan;Cheng Dali;Li Yanjun;Xu Bin
  • 通讯作者:
    Xu Bin

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其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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