三維導(dǎo)電木材

　　人類歷史發(fā)展的長河中，木材作為一種綠色、天然、可再生的結(jié)構(gòu)材料，在眾多領(lǐng)域中發(fā)揮著重要作用，但其含水率受環(huán)境的影響，且木材加工過程產(chǎn)生的廢料及實(shí)際使用中淘汰的廢料存在占地面積大、難降解、易滋生大量有害微生物等弊端，這也極大地影響著木材的應(yīng)用范圍。同時(shí)，隨著社會(huì)的進(jìn)步，木材作為一種絕緣性材料，也極大地限制了其在導(dǎo)電領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，在科技飛速發(fā)展的今天，將廢棄木質(zhì)材料進(jìn)行資源化利用，如賦予其導(dǎo)電性能是一個(gè)極具歷史使命的任務(wù)。現(xiàn)有導(dǎo)電材料中的金屬，其資源日益枯竭，且具有冶煉過程中的環(huán)境問題較嚴(yán)重、加工較難、成品質(zhì)量重、對(duì)電磁波的強(qiáng)烈反射作用易引起二次干擾等缺點(diǎn)，限制了它的適用性。導(dǎo)電聚合物、炭系材料及表面活性劑易發(fā)生凝聚，需借助其他基質(zhì)材料加工制作。因此，為緩解不可再生資源的壓力，減緩日益嚴(yán)重的環(huán)境問題，探索綠色無污染的導(dǎo)電材料迫在眉睫。木材是一種具有微米至納米級(jí)多尺度結(jié)構(gòu)的綠色絕緣材料，具有可再生、隔聲、調(diào)溫調(diào)濕及裝飾性能等優(yōu)點(diǎn)，其天然的骨架形態(tài)可作為生成其他材料的基質(zhì)模板，多孔通道表面富含大量的活性位點(diǎn)（碳自由基）和基團(tuán)（游離性羥基、羧基等），可進(jìn)行一系列的物理、化學(xué)反應(yīng)。廢棄木質(zhì)材料賦予木材導(dǎo)電性能后，其除可作為抗靜電材料、電磁屏蔽材料、電熱材料、儲(chǔ)能材料應(yīng)用于綠能電子、生物裝置系統(tǒng)、超級(jí)電容器、太陽能電池、集成電路模板等微電子元件領(lǐng)域外，還可應(yīng)用于數(shù)據(jù)傳感、醫(yī)學(xué)、有機(jī)半導(dǎo)體等領(lǐng)域，且也避免了廢棄木質(zhì)材料帶來的一系列環(huán)境問題。《三維導(dǎo)電木材》共分為3部分。首先，以實(shí)體人工林楊木為基質(zhì)模板，將氧化石墨烯（GO）前驅(qū)體進(jìn)行浸漬處理，采用綠色化學(xué)法、間歇式機(jī)械力熱壓法、隔氧熱還原法致使還原性氧化石墨烯（rGO）在木材基質(zhì)模板中原位生長，制備出3種新型三維導(dǎo)電木材，并對(duì)rGO在3種條件下的生長機(jī)理、材料的導(dǎo)電機(jī)理、材料的電磁屏蔽一吸波性能及物理力學(xué)性能進(jìn)行了探討。其次，以速生林北京楊為試材，硫酸銅為金屬鹽，乙二胺四乙酸二納和酒石酸鉀鈉為雙絡(luò)合劑，次亞磷酸鈉為還原劑，硫酸鎳為催化劑，氫氧化鈉為pH調(diào)節(jié)劑，利用真空浸漬法和基于活立木蒸騰作用的點(diǎn)滴注射法將前驅(qū)體溶液導(dǎo)入試材內(nèi)部，制備新型的金屬絡(luò)合物改性木材，賦予實(shí)體木材導(dǎo)電性能。測量不同工藝條件下金屬絡(luò)合物改性木材的導(dǎo)電性能，確定工藝，且通過X射線衍射儀（XRD）、傅立葉紅外光譜儀（FTIR）、掃描電子顯微鏡（SEM）和光電子能譜儀（EDX）對(duì)金屬絡(luò)合物改性木材的結(jié)構(gòu)形貌進(jìn)行表征。最后，以楊木為基質(zhì)模板，氧化石墨烯（GO）為分散液，并以溶液共混的方式配制得到GO&CuSO4分散液，利用化學(xué)還原和物理熱還原相結(jié)合的方法，制備出3種新型實(shí)體木材電熱材料，對(duì)制備的rGO@木材、rGO&Cu@木材和rGO/Cu/rGO@木材3種電熱材料進(jìn)行電、熱、力學(xué)一尺寸穩(wěn)定性能及電熱機(jī)理分析。

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