【摘 要】
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经济的快速发展消耗了大量的石油资源及其衍生材料,使得能源危机日趋严重,环境持续恶化。为推动绿色可持续发展,材料学界对生物质材料进行了大量的研究,用以部分替代石油衍生的聚合物基材料。其中,木材是一种天然高分子材料,在自然界中储量丰富,并且具有可再生和对环境友好的特性,在燃料、玩具、文体用品、家具和建材等领域发挥着重要作用。为了进一步提高利用价值,需要对天然木材进行功能化改性,使其应用范围不仅仅局限于
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经济的快速发展消耗了大量的石油资源及其衍生材料,使得能源危机日趋严重,环境持续恶化。为推动绿色可持续发展,材料学界对生物质材料进行了大量的研究,用以部分替代石油衍生的聚合物基材料。其中,木材是一种天然高分子材料,在自然界中储量丰富,并且具有可再生和对环境友好的特性,在燃料、玩具、文体用品、家具和建材等领域发挥着重要作用。为了进一步提高利用价值,需要对天然木材进行功能化改性,使其应用范围不仅仅局限于上述传统领域,而在一些新兴领域也能得到重要应用。基于此,本论文选择天然巴沙木为基材,利用物理和化学方法对其进行改性,优化并赋予其疏水亲油性、导电导热性、储能以及压缩回弹性等,研究其在油水分离、柔性传感以及潜热储能等方面的应用。本论文的主要研究内容和成果包括以下三个方面:（1）利用亚氯酸钠和氢氧化钠对天然巴沙木进行化学处理,分别除去木质素和半纤维素成分,使其表面出现新的孔隙,得到具有粗糙结构的多孔木质气凝胶（WA）;之后经过甲基三甲氧基硅烷的气相沉积并通过水解缩合反应实现WA表面的疏水化改性,制得超疏水木质气凝胶（M-WA）,其接触角达到151.8o,并具有良好的表面稳定性。此外,基于气相沉积法所制得的超疏水木质气凝胶表现出明显的吸附选择性,能够吸附多种有机溶剂和油类。利用其疏水亲油性,M-WA在阻挡水的同时可以使油顺利通过自身的孔道,持续进入收集装置,从而实现连续的油水分离,其效率高达99.1%。（2）对天然巴沙木采用两步化学处理后,其多孔结构发生转变,得到具备层层堆叠的拱形层结构的木质海绵（WS）;利用浸涂法在WS骨架表面包覆氧化石墨烯层,进一步还原得到还原氧化石墨烯包覆的木质海绵（r GO@WS）;再经过浸泡聚二甲基硅氧烷（PDMS）溶液并固化干燥后制得可压缩回弹的超疏水木质海绵（P-r GO@WS）。P-r GO@WS具有出色的导电性、超疏水性以及良好的表面稳定性,其电阻值低至2.0kΩ,接触角达152.0o。此外,经过有限元仿真模拟和力学性能测试分析,P-r GO@WS的回弹性主要得益于拱形层结构的有效应力传递以及r GO和PDMS层对WS骨架的支撑,使其在60%应变下压缩1000个循环后依旧能够保持稳定的响应性。基于P-r GO@WS的柔性压阻传感器,具有高灵敏度和快速响应的特点,即使在潮湿环境下仍可输出稳定的电信号,能够用于检测人体的各种运动行为。（3）通过亚氯酸钠对天然巴沙木进行脱木素处理,仅去除木质素成分而保持原本的多孔结构,真空浸渍氧化石墨烯溶液后进行退火还原,得到还原氧化石墨烯包覆的脱木素木材（r GO@DW）,作为导电多孔基材;随后填充十四醇相变材料,经环氧树脂封装后制得木材复合相变材料（P-TD/r GO@DW）。利用数码偏光显微镜可以观察到十四醇在其内部的孔洞中呈均匀分布。进一步通过热分析得知,P-TD/r GO@DW相变潜热达到218.5 J/g,十四醇负载量达到88.4%。由于木材多孔结构的毛细效应对于有机相变材料的限制和环氧树脂的表面封装,P-TD/r GO@DW呈现出良好的形状稳定性,有效克服了相变材料熔融泄漏的问题。此外,该复合材料具有较好的热稳定性和工作可靠性,在120 oC下能保持稳定的化学性质,在加热-冷却循环50次后,其十四醇负载量无明显减少。由于r GO层优良的电热转换能力,在外加电压的条件下,P-TD/r GO@DW能够快速产生热量并使复合材料整体温度上升,可以有效储能调温,在电子设备预热和保护领域中有着重要的应用前景。
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