木材表面有机/无机杂化超疏水膜的可控制备及其稳定性研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31570554
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    64.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C1603.木材物理学
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Superhydrophobic treatment of wood surface is a novel way of wood modification to impart wood with attractive properties such as water-repellency, anti-mould/decay, and self-cleaning functions. However, the mechanical stability and durability of the fabricated superhydrophobic film on wood substrate remain an unsolved puzzle, which limits the practical application of superhydrophobic wood. In this project, inspired by the lotus effect, robust and durable organic-inorganic hybrid superhydrophobic films are fabricated on the intrinsically heterogeneous wood substrates via a simple dip-coating method by using environment-friendly and chemically stable inorganic silica (SiO2) nanoparticles as inorganic fillers and transparent, adhesive polymers such as polydimethylsiloxane (PDMS) and epoxy resin as organic matrices. Robust superhydrophobic properties are achieved through proper design of the hybrid coatings microstructure. The effects of polymer types, concentrations, polymer/SiO2 mass ratios and film-forming parameters etc. on the morphology and microstructure of the coatings, surface roughness and water-repellent properties (water contact angle and sliding angle) will be systematically investigated, with particular emphasis on the influences of polymer concentrations and polymer/SiO2 mass ratio on the mechanical stability and durability of the superhydrophobic film. Multiple structural and chemical characterizations such as FE-SEM、AFM、FTIR、XPS will be applied in combination to examine the morphology of the nanoparticles and their aggregates in the coatings, surface roughness, elemental compositions, functional groups, chemical bonding modes in order to clarify the formation and tuning mechanism of superhydrophobic film on wood surfaces, which is of significance for the practical application of superhydrophobic wood.
木材表面超疏水改性是获得集防水、防霉防腐、自清洁性能为一体的木材功能性改良新途径,然而超疏水膜的机械稳定性和耐久性一直是限制超疏水木材实际应用的“瓶颈”问题。本项目基于“荷叶效应”仿生学原理,以环境友好、性质稳定的纳米SiO2为无机填料,以具有粘结作用的透明聚合物(PDMS、环氧树脂)为有机基质,采用工艺简单的浸渍涂膜法在木材表面构建高强耐久的有机-无机杂化超疏水膜,通过合理的膜层微观结构设计,赋予木材稳定的超疏水性能。研究聚合物类型、浓度、聚合物/SiO2配比、成膜参数等工艺参量对膜层微观结构形貌、表面粗糙度以及疏水性能的影响及调控规律;重点考察聚合物浓度及其与SiO2配比对超疏水膜机械稳定性和耐久性的影响;应用FE-SEM、AFM、FTIR、XPS等表征手段分析膜层纳米颗粒形貌、聚集状态、表面粗糙度、元素组成、官能团类型等,阐明超疏水膜的形成及其界面调控机制,促进超疏水木材的实际应用。

结项摘要

项目针对木材表面超疏水膜机械稳定性和耐久性差这一限制超疏水木材应用的瓶颈问题,基于“荷叶效应”仿生学原理,以无机纳米材料(如SiO2、TiO2)为填充物,以透明聚合物(如环氧树脂、PDMS)为成膜剂和粘合剂,在木材表面构建了具有可控微/纳米结构的有机-无机杂化超疏水膜,利用粘合剂增强纳米颗粒与木材基底的结合,以改善超疏水膜的机械稳定性和耐久性;阐明了高强耐久超疏水膜的形成与调控机制,提出了木材表面机械耐磨、自修复型超疏水膜构建新方法,为超疏水木材的实际应用提供理论与技术参考。此外,以天然轻木为原料,通过木材细胞壁结构调控和疏水功能化处理创制了一种可重复利用的高弹木材海绵吸油材料,拓展了超疏水木材在油水分离领域的应用。相关研究结果发表在《ACS Nano》、《Materials & Design》、《Applied Surface Science》、《Holzforschung》、《南京林业大学学报》等国内外重要学术刊物;授权国家发明专利2件。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
Highly Compressible Wood Sponges with a Spring-like Lamellar Structure as Effective and Reusable Oil Absorbents
具有类弹簧层状结构的高度可压缩木海绵作为有效且可重复使用的吸油剂
  • DOI:
    10.1021/acsnano.8b05763
  • 发表时间:
    2018-10-01
  • 期刊:
    ACS NANO
  • 影响因子:
    17.1
  • 作者:
    Guan, Hao;Cheng, Zhiyong;Wang, Xiaoqing
  • 通讯作者:
    Wang, Xiaoqing
木材表面SiO2/环氧树脂/氟硅烷复合超疏水膜的构建
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    南京林业大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    屠坤坤;孔丽琢;王小青
  • 通讯作者:
    王小青
Growth of high-density ZnO nanorods on wood with enhanced photostability, flame retardancy and water repellency
在木材上生长高密度氧化锌纳米棒,增强光稳定性、阻燃性和防水性
  • DOI:
    10.1016/j.apsusc.2017.02.252
  • 发表时间:
    2017-06-15
  • 期刊:
    APPLIED SURFACE SCIENCE
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Kong, Lizhuo;Tu, Kunkun;Wang, Xiaoqing
  • 通讯作者:
    Wang, Xiaoqing
Semitransparent, durable superhydrophobic polydimethylsiloxane/SiO2 nanocomposite coatings on varnished wood
清漆木材上的半透明、耐用超疏水聚二甲基硅氧烷/SiO2纳米复合涂料
  • DOI:
    10.1515/hf-2016-0024
  • 发表时间:
    2016-11-01
  • 期刊:
    HOLZFORSCHUNG
  • 影响因子:
    2.4
  • 作者:
    Tu, Kunkun;Kong, Lizhuo;Liu, Junliang
  • 通讯作者:
    Liu, Junliang
Fabrication of robust, damage-tolerant superhydrophobic coatings on naturally micro-grooved wood surfaces
在天然微槽木材表面上制造坚固、耐损伤的超疏水涂层
  • DOI:
    10.1039/c5ra24407b
  • 发表时间:
    2016-01-01
  • 期刊:
    RSC ADVANCES
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Tu, Kunkun;Wang, Xiaoqing;Liu, Junliang
  • 通讯作者:
    Liu, Junliang

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其他文献

Ionospheric effects on three-dimensional imaging of L-band geosynchronous circular synthetic aperture radar
电离层对L波段地球同步圆合成孔径雷达三维成像的影响
  • DOI:
    10.1049/iet-rsn.2013.0296
  • 发表时间:
    2014-09
  • 期刊:
    IET Radar Sonar and Navigation
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    寇蕾蕾;向茂生;王小青
  • 通讯作者:
    王小青
稀土熔盐电解槽的电压平衡计算
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    稀土
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王小青;张志宏;刘中兴;伍永福
  • 通讯作者:
    伍永福
Clean-正合和Clean-导出范畴
  • DOI:
    10.16205/j.cnki.cama.2019.0023
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李瑞婷;杨刚;王小青
  • 通讯作者:
    王小青
柔性金属有机骨架材料(MOFs)用于气体吸附分离
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王小青;陈杨;杨江峰;李晋平
  • 通讯作者:
    李晋平
基于线阵CCD的波流调制效应水槽实验研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    海洋科学进展
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杜文超;王小青
  • 通讯作者:
    王小青

其他文献

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相似国自然基金

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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

        graph TD
          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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