林业工程学报 /oa “木质素优先”策略下林木生物质组分催化分离与转化研究进展 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201905001 化石资源的过度消耗及其产生的环境污染问题驱动了生物质资源各组分转化为燃料、化学品及材料的发展。传统的生物精炼产业聚焦于碳水化合物的分离、纯化、转化与利用,木质素通常作为副产物,仅有少量转化为低附加值产品。木质素的高值化利用不仅可以为下游工业提供可再生的芳香类碳氢资源,同时可大幅提升当前生物精炼产业链的经济效益。近年来,一种基于“木质素优先”策略,即生物质原料在直接催化处理下优先完成木质素组分降解转化为单分子苯酚化合物,同时保留碳水化合物不参与反应,成为生物质组分分离、抗降解屏障破除及各组分高值化利用的新方案。介绍了国内外课题组在该领域取得的一些研究进展,并从苯酚单体产率、选择性、木质素脱除率及碳水化合物保留率等主要参数入手,详细讨论了催化剂、溶剂及生物质原料等对“木质素优先”策略的影响。同时对该策略存在的问题及解决方案进行了分析,展望了未来的发展方向,以期为木质生物质的高效转化利用提供依据和参考。 2019年09月16 00:00 2019年05期 1 10 2949500 宋国勇 纳米纤维素基水凝胶的制备及其在生物医学领域的应用进展 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201905002 纤维素纳米晶体(cellulose nanocrystals, CNCs)和纤维素纳米纤维(cellulose nanofibrils, CNFs)具有独特的理化性质,例如,比表面积高(&gt;100 m<sup>2</sup>/g)、机械性能优越(弹性模量130~150 GPa)、密度低(低至1.6 g/cm<sup>3</sup>)、膨胀系数小(低至0.1&#215;10<sup>-6</sup>/K)、生物相容性好、表面多羟基结构容易进一步修饰等,且原料易得、可再生和生物降解,是理想的先进功能材料构建砌块,已被证明是具有良好应用前景的生物基纳米材料。近年来,纳米纤维素基水凝胶引起了大量的关注,并且其在生物医学领域的应用得到了广泛研究。笔者主要综述了CNCs和CNFs基水凝胶的制备及其在生物医学应用的研究进展。首先介绍了制备CNCs基水凝胶的物理交联法和化学交联法,以及CNFs与金属离子交联、CNFs与聚合物交联两种制备CNFs基水凝胶的方法; 其次重点介绍了CNCs和CNFs基水凝胶在药物递送、创伤敷料和组织工程支架中的应用; 最后总结了CNCs和CNFs基水凝胶在生物医学领域的应用前景和面临挑战,并指明了CNCs和CNFs基水凝胶在生物医学领域研究的发展方向。 2019年09月16 00:00 2019年05期 11 19 2988503 刘慰<sup>1</sup>,司传领<sup>1*</sup>,杜海顺<sup>2</sup>,张苗苗<sup>2</sup>,ZHANG Xinyu<sup>2</sup>,解洪祥<sup>1</sup> 微胶囊型自修复技术及其在涂料中的应用 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201905003 涂料在长期使用过程中会因环境因子、物理损伤或其他因素导致涂层内部产生微裂纹,降低其保护性能,从而影响使用期限、增加经济成本。为了修复裂纹或损伤,应用于涂料中可进行自修复的微胶囊技术成为了现在热门的研究方向。笔者首先根据囊芯材料不同,归纳了几种常见的自修复体系,并对各体系目前的研究进展、微胶囊制备原理以及未来发展等方面进行了总结。微胶囊型自修复体系主要包括双环戊二烯-Grubbs固化剂体系、环氧树脂芯材微胶囊自修复体系、异氰酸酯微胶囊自修复体系、干性油微胶囊自修复体系、极性溶剂芯材自修复体系、硅氧烷自修复体系和硅油型自修复体系等。现阶段自修复涂料的研究主要针对制备过程中的工艺因素优化,部分自修复体系在涂料领域实现广泛应用还比较困难。对制备微胶囊的常见方法进行了介绍,主要包括界面聚合法、原位聚合法、溶剂挥发法,需根据微胶囊应用领域、性能要求、成本和生产规模等因素共同决定制备方法。论述了微胶囊自修复技术在木器涂料、颜料和纺织印染,以及建筑、航空航天和船舶涂料中的应用,发现微胶囊技术研究应用越来越趋向专业化。最后,对微胶囊技术的发展趋势进行了展望,如优化现有自修复系统、改性微胶囊提升其修复作用等。 2019年09月16 00:00 2019年05期 20 28 1313226 闫小星,钱星雨,吴智慧 胶合板层间水分迁移规律的研究 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201905004 胶合板是一种重要的木质工程材料,其纵横交错的组坯方式有效地降低了木质材料的各向异性,因此,胶合板常用于室外环境以代替实木作为结构材使用。由于木材固有的易吸湿性,吸水可改变胶合板的物理力学性能。为探索胶合板层间水分迁移规律,使用X射线断层扫描仪检测吸水前后2种杨木胶合板和杨木试件内水分迁移行为,分析了影响胶合板内水分迁移行为的原因,剖析了吸水过程中胶层和单板结构变化对胶合板吸水行为的影响。研究结果表明,水分在胶合板层间迁移可分为吸湿后木材单板发生润胀、单板间胶层不再连续和完整、水分在板层间孔隙聚集和水分穿过胶层并进入下一板层4个步骤。水分更易在木质单板内高密度区域聚集以及沿结构存在缺陷区域迁移。本研究动态可视化了吸水过程中胶合板内水分分布及胶层形态变化,揭示了胶合板内水分穿过胶层的发生机制,这一研究成果可为优化人造板生产工艺和指导人造板的合理使用提供理论基础。 2019年09月16 00:00 2019年05期 29 33 2040125 李万兆<sup>1</sup>,陈玉瑜<sup>2</sup>,梅长彤<sup>1*</sup> 杨木和杉木横纹抗拉强度的含水率依存性 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201905005 木材横纹抗拉强度是其能够高效利用的重要指标之一。为了研究含水率对木材横纹抗拉强度的影响,并计算12%含水率时的理论横纹抗拉强度值,采用饱和盐溶液调湿法,在0%~100%相对湿度范围内,测定了人工林杨木和杉木在8个平衡含水率条件下的横纹抗拉强度。结果表明:在任一含水率条件下,杨木和杉木均表现为径向抗拉强度最大,弦向最小; 在任一纹理方向上,杨木的横纹抗拉强度均高于杉木,表明木材的横纹抗拉强度与解剖构造(木射线、年轮方向)及木材密度有关。随着含水率的增加,木材横纹抗拉强度及单位含水率的横纹抗拉强度呈现下降趋势,这与水分对木材细胞壁的塑化作用及其存在状态有关。当含水率为12%时,杨木在径向和弦向的理论横纹抗拉强度分别为8.3和4.0 MPa,杉木在径向和弦向的理论横纹抗拉强度分别为4.4和2.9 MPa。两树种横纹受拉时的容许应力为0.91~2.86 MPa。该研究结果为人工林杨木和杉木在干燥、木结构设计、弯曲加工等工艺环节提供了基础数据。 2019年09月16 00:00 2019年05期 34 39 1552020 詹天翼<sup>1</sup>,蒯炳斌<sup>1</sup>,吕超<sup>1</sup>,王旋<sup>1</sup>,徐康<sup>2</sup>,张耀丽<sup>1*</sup> 6种阔叶树材红外光谱特征的比较 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201905006 采用红外光谱(FT-IR)法对6种阔叶树材进行研究,通过对共有吸收峰、特征峰、相对吸收强度和二阶导数谱进行比较分析,得出了6种阔叶树材的具体差异。试验结果表明:6种阔叶树材的红外图谱共性特征较为明显,1 000~4 000 cm<sup>-1</sup>范围内的14个吸收峰中有12个吸收峰为共有峰; 其中最强峰分别为1 033~1 052 cm<sup>-1</sup>范围内的C—O伸缩振动吸收峰和3 394~3 412 cm<sup>-1</sup>范围内的羟基特征峰。6种阔叶树材的FT-IR图谱、相对吸收强度和二阶导数谱均有不同程度的差异:在1 110~1 122 cm<sup>-1</sup>范围内只有楠木出现较小吸收峰; 楠木和杜仲在1 237~1 264 cm<sup>-1</sup>范围内形成较宽吸收峰; 1 624~1 657 cm<sup>-1</sup>范围内,杜仲、花榈木、凹叶厚朴这3种木材具有一定的差异; 而枫香和喜树在1 559~1 648 cm<sup>-1</sup>范围内明显区别于其他4个树种。相对吸收强度的比较结果为A<sub>3 402</sub>/A<sub>1 510</sub>和A<sub>1 661</sub>/A<sub>1 510</sub>处的2个峰位的差别较大; 在1 000~1 800 cm<sup>-1</sup>区域内,6个树种的红外光谱的二阶导数谱在从峰形、吸收峰的位置、形状以及出峰数量上存在显著差异。通过对6种常见阔叶树材红外光谱特征的比较和分析,可为木材的快速鉴定和分类提供理论依据。 2019年09月16 00:00 2019年05期 40 45 2073056 赵阅书<sup>1</sup>,薛晓明<sup>1*</sup>,宋小娇<sup>1</sup>,南程慧<sup>1</sup>,陈润琨<sup>2</sup>,王艺<sup>3</sup> 刨花楠木材主要解剖性状与材性快速评估指标间的关系 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201905007 为开发准确、快速、低损的木材解剖性状测定方法以简化育种程序,提高育种效率,以17年生刨花楠人工林为研究对象,综合利用Pilodyn、微秒计等材性快速评估仪器以及SilviScan、L&amp;W Fiber Tester等木材性质快速测定仪,研究材性快速评估指标和木材解剖性状之间的相关关系及其内在的影响途径,初步建立刨花楠木材解剖性状快速评估模型。结果表明:在6个解剖性状中,Pilodyn测定值(P<sub>r</sub>)与纤维壁腔比(R<sub>CC</sub>)(R=-0.803),纤维粗度(F<sub>C</sub>)(R=-0.453)和纤维宽度(F<sub>W</sub>)(R=0.676)呈极显著相关关系; 除F<sub>C</sub>外,应力波速(v)与其余5个解剖性状均呈显著至极显著的相关关系。R<sub>CC</sub>和F<sub>W</sub>成为对P<sub>r</sub>影响较大的两个因子,两者对P<sub>r</sub>的贡献率达73.0%,其中,以R<sub>CC</sub>的贡献率为主,达44.6%; 对v影响最大的因子为微纤丝角(M<sub>FA</sub>),其贡献率为27.4%。P<sub>r</sub>与R<sub>CC</sub>和F<sub>W</sub>、v与M<sub>FA</sub>之间的线性回归方程分别为R<sub>CC</sub>=0.277-0.008 P<sub>r</sub>(F=127.816<sup>**</sup>,R<sup>2</sup>=0.641)、F<sub>W</sub>=18.934+0.590 P<sub>r</sub>(F=63.118<sup>**</sup>,R<sup>2</sup>=0.467)、M<sub>FA</sub>=36.544-6.371 v(F=24.286<sup>**</sup>,R<sup>2</sup>=0.247),3个模型的预估精度分别为98.59%,99.16%,97.26%,说明P<sub>r</sub>能对R<sub>CC</sub>和F<sub>W</sub>进行较好的预测,v能对M<sub>FA</sub>进行较好的预测。因此,采用Pilodyn和微秒计等木材材性快速评估仪器可对R<sub>CC</sub>、F<sub>W</sub>和M<sub>FA</sub>进行快速评估; 建立的模型可为刨花楠人工林木材解剖性状的早期预测提供理论依据,同时为其他树种材性早期选育提供参考。 2019年09月16 00:00 2019年05期 46 53 1425802 冷春晖,易敏,张露,李响,程子珊,谌梦云,刘思羽,赖猛<sup>*</sup> 不同结香方法白木香的解剖构造比较 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201905008 白木香(Aquilaria sinensis)为沉香来源树种,在我国亚热带地区作为珍贵树种广泛种植,但因目前人工结香产量及质量不高,沉香产业发展受到极大限制。为研究白木香结香生理过程,开发白木香人工结香技术,对打孔火烙法、剥皮法、虫蛀、化学试剂A法的结香样品进行解剖观察,发现深色次生代谢产物、再生组织、胼胝质、晶体等的形成与分布存在差异。所有方法中仅化学试剂A形成的次生代谢产物沉积(结香)区域呈块状,其余方法形成的结香区呈薄层状或点状或束状。结香区域化学试剂A&gt;伤及木质部的剥皮法/打孔火烙法&gt;新鲜虫蛀&gt;不伤及木质部的环剥树皮法。初步估计化学试剂A的结香量最大,但由于深色次生代谢产物在细胞腔的富集量不同,需结合含量测定及化学分析进一步判断。研究发现不同结香方法结香后木间韧皮部边缘1~2层薄壁细胞均无深色次生代谢产物沉积。打孔火烙法和两种不同程度剥皮法均刺激白木香形成再生组织,再生组织是否由IP分化而来还有待进一步研究; 化学试剂A刺激未造成白木香形成再生组织且未见明显木质化,成功避免了阻隔层的形成,因此可形成块状结香区域; 虫蛀样品可能因创伤时间较短而尚未形成再生组织,但沉香层木间韧皮部中的细胞明显木质化。新蛀虫口处胼胝质堆积,说明胼胝质参与了创伤防御反应。 2019年09月16 00:00 2019年05期 54 59 10294498 何海珊<sup>1</sup>,潘质洪<sup>2</sup>,梁永兵<sup>1</sup>,罗蓓<sup>1</sup>,邱坚<sup>1*</sup> 氮羟甲基树脂/蔗糖改性木材的耐候性能 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201905009 木材在户外应用过程中易发生开裂、变色、霉变、腐朽等材性劣化现象。利用10%氮羟甲基树脂(1,3-二羟甲基-4,5-二羟基乙烯脲)/20%蔗糖作为改性剂对杨木和辐射松进行改性处理,系统评价了改性处理对木材在哈尔滨户外39个月老化后的性能动态影响。结果显示:老化过程中木材表面的颜色变化主要发生在第1年,未处理木材表面由浅黄色向灰色转变,而氮羟甲基树脂/蔗糖改性木材则由改性后的棕色逐渐褪色至灰色,表明改性处理不能长期保护木材表面颜色。改性处理在最初的12个月内能够明显抑制木材表面微裂,之后抑制效果减弱。老化期间,改性木材含水率及含水率波动均低于未处理材,因此,改性处理有效抑制了木材在户外的变形。傅里叶变换红外光谱和X射线衍射分析显示,改性处理可有效减缓木材三大组分在老化初期(12个月)的降解速度,但经39个月老化后,改性与未改性木材表面木质素浓度和纤维素相对结晶度均下降到相似水平,表明改性处理对木材表面组分的长期保护能力有限。木材老化表面微观形貌观察显示,改性处理抑制了木材表层细胞(尤其是早材细胞)的脱落及变色菌在木材内部生长的深度。氮羟甲基树脂/蔗糖改性能够有效抑制木材在户外老化过程中的含水率波动、变形及变色菌的生长,有助于增强木材的户外耐久性。 2019年09月16 00:00 2019年05期 60 69 4784190 黄政,王政,肖泽芳<sup>*</sup>,谢延军 银杏蛋白-海藻酸钠制备包埋植物乳杆菌微胶囊及其性能研究 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201905010 植物乳杆菌作为一种益生菌,当人体食用足够量时,可以有益身体的健康。近年来,越来越多的益生菌已被作为辅料添加至食品中,但添加的益生菌在食品加工过程中易高温失活或者在人体胃肠道酸性环境下存活率显著降低。因此,为了提高益生菌在人体胃肠道内和贮藏期间的稳定性,以银杏蛋白和海藻酸钠为复合壁材,采用挤压法制备植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)微胶囊,得到包埋率高的微胶囊产品。通过单因素试验,考察了复合壁材质量浓度、菌液与壁材比例、CaCl<sub>2</sub>质量浓度、固化时间等对植物乳杆菌包埋效果的影响。在单因素试验的基础上,采用正交试验确定了制备微胶囊的最佳工艺参数。结果表明,植物乳杆菌微胶囊的最佳制备工艺如下:壁材质量分数为2.5%,菌液与壁材体积比为1:2,CaCl<sub>2</sub>质量分数为5%,固化时间为20 min时,植物乳杆菌微胶囊的包埋率最高,可达86.33%。植物乳杆菌微胶囊在模拟胃液中具有较好的耐受性,肠溶性也较好,并且适宜在低温下贮藏。上述结果表明银杏蛋白-海藻酸钠复合壁材可以大大地提高植物乳杆菌微胶囊产品的稳定性。 2019年09月16 00:00 2019年05期 70 77 1499705 徐鹏翔<sup>1</sup>,吴彩娥<sup>1,2*</sup>,范龚健<sup>1,2</sup>,张灿<sup>1</sup>,高笑全<sup>1</sup>,边翼博<sup>1</sup>,陈双双<sup>1</sup> 金属钼催化云杉制备松柏醇醚及全组分利用 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201905011 木质纤维由纤维素、半纤维素和木质素组成,是地球上最丰富的可再生碳氢资源。作为生物质的主要组分之一,木质素是唯一一种可再生的芳香化合物原料。木质素通过降解转化为苯酚单体化合物是实现木质素高值化的应用基础。笔者利用具有纳米尺度的MoO<sub>x</sub>/SBA-15催化剂开展了云杉木质纤维的还原催化分离研究,实现了木质素组分优先降解为松柏醇醚的过程。结果表明:云杉在甲醇体系中催化还原降解反应的最佳条件为温度240 ℃、反应时间2 h、常压氮气氛围、甲醇作为溶剂及氢供体。在最佳条件下,木质素经过降解转化为高附加值的松柏醇甲醚,基于木质素质量计算的转化率可达13.5%,该产物可通过简单的硅胶柱层析法实现分离纯化。反应后的固体残渣中,纤维素和半纤维素组分保留率分别达到98%和92%,可分别通过酶催化及酸催化高效转化为葡萄糖和木糖。由此可知,以MoO<sub>x</sub>/SBA-15作为催化剂不仅可以有效地将木质素催化降解为易于进一步功能化的不饱和单体产物松柏醇甲醚,还可以实现生物质组分分离,得到容易酶解的碳水化合物组分,从而有利于实现生物质的全组分利用。 2019年09月16 00:00 2019年05期 78 83 2017093 刘隽涵<sup>1</sup>,孙建奎<sup>1</sup>,肖领平<sup>2</sup>,王波<sup>1</sup>,宋国勇<sup>1*</sup> 碳化芦苇叶直接制备高性能Si/C锂离子电池负极试验 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201905012 以可再生生物质芦苇叶为原料,通过热解碳化、CO<sub>2</sub>高温脱碳和镁热还原三步热处理制备Si/C复合材料。利用扫描电子显微镜、热重与差热分析、拉曼光谱、X射线衍射等手段对芦苇叶热解碳化产物、CO<sub>2</sub>高温脱碳产物和最终合成的Si/C复合材料的形貌、组成和结晶度进行表征,同时对Si/C复合材料的电池性能进行综合评估。结果表明:在1 000 ℃下CO<sub>2</sub>高温脱碳处理6 h制备得到最佳的镁热还原前驱体,前驱体里的无定型SiO<sub>2</sub>在镁热还原反应中基本都转化成晶体硅,最终的Si/C复合物拥有约9.1% 的N掺杂碳含量和高结晶度的晶体硅,保留了原始芦苇叶的三维硅骨架结构; Si/C电极在电流密度100 mA/g下的充电比容量高达935.7 mAh/g,在电流密度1 000和2 000 mA/g下比容量分别为520.7和277.8 mAh/g,且循环过程中库伦效率均在95%以上,表现出优越的倍率性能和良好的循环性能。此外,该制备工艺简单,这种低成本、储量丰富的生物质硅源材料芦苇叶有望作为下一代高能量密度锂离子电池硅负极的生产原料,推动实现硅负极的规模化生产。 2019年09月16 00:00 2019年05期 84 91 6466358 王洁<sup>1,2</sup>,张健<sup>1</sup>,于样<sup>1</sup>,张涌<sup>3</sup>,朱秀英<sup>1</sup>,岳宏芫<sup>1</sup>,王子奇<sup>1</sup>,周文豪<sup>1</sup> 玉米秸秆/聚乳酸复合材料的制备及性能测试 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201905013 近年来,在资源短缺和环境污染的压力下,生物可降解材料的开发与利用成为学者研究的热点之一。采用熔融共混的方法制备了一种玉米秸秆/聚乳酸生物可降解复合材料,并通过向复合材料中添加3种不同的改性剂对复合材料进行改性处理,旨在提高农林废弃物的附加值及改善复合体系的各项性能。采用X射线衍射、电镜扫描、接触角、力学性能测试等分析手段对复合材料的各项性能进行分析表征,对3种改性剂马来酸酐接枝聚乳酸(MAH-g-PLA)、马来酸酐(MAH)和硅烷偶联剂(KH-550)对复合材料的改性效果进行对比研究。X射线衍射分析的结果表明,MAH-g-PLA改性复合材料的结晶度变化不大,MAH改性复合材料的结晶度显著增加,而经过KH-550改性的复合材料的结晶度较未改性的复合材料有所下降。接触角分析结果表明经过改性之后的复合材料的表面接触角均有所增加,表明复合材料在改性之后的疏水性有所增加。其中MAH-g-PLA改性的复合材料的接触角增加最多,表明MAH-g-PLA能够更好地改善复合材料的亲水性。扫描电镜的断面分析结果表明,MAH和KH-550均有效改善了复合材料的界面相容性,且KH-550改性的复合材料的界面相容性更佳并具有较高的力学强度。力学测试结果表明,KH-550改性的复合材料的拉伸强度提高了5.47%,弯曲强度提高了2.50%。 2019年09月16 00:00 2019年05期 92 99 2244616 周帅,候璞,李云龙,从海山,毕晓柯,张彦华<sup>*</sup>,万露,黄子翔 层状α-磷酸锆的有机改性及其与聚乳酸复合材料研究 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201905014 通过对层状α-磷酸锆进行二次改性,制备具有力学性能改善的聚乳酸复合材料。首先合成一种新型阳离子插层剂十一烷醇三甲基溴化铵(UHTB),并将其用于层状化合物α-磷酸锆(α-ZrP)的改性,制备得到UHTB与α-ZrP杂化物(UHTB-ZrP),然后,利用丙交酯原位聚合对UHTB-ZrP进行表面接枝改性,得到二次改性层状α-MZrP,进而采用溶液浇铸法制备聚乳酸/有机改性α-磷酸锆复合材料(PLA/MZrP)。分别用红外光谱分析仪、激光粒度仪、X射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜、旋转流变仪和热重分析仪等对层状α-ZrP的插层过程、微观结构以及PLA/MZrP复合材料的流变性能和热稳定性等进行表征与分析。结果表明:经过一次改性可获得层间距达到1.40 nm的UHTB-ZrP,经两步改性可获得层间距达3.80 nm的MZrP,这种纳米片层能均匀分散在PLA基体中形成纳米复合结构,并使其力学性能、加工性能和热稳定性得到改善。当添加质量分数为1% 的MZrP时,PLA/MZrP复合材料的拉伸强度从31.3 MPa提高到53.5 MPa,比纯PLA提高了70.9%,而复数黏度则随着MZrP含量的增加而显著降低。当添加质量分数为3%的MZrP时,在170 ℃10 Hz时其复数黏度从968.1 Pa·s降低到78.7 Pa·s,比纯PLA降低了91.9%。此外,添加少量的MZrP后,PLA/MZrP复合材料的热稳定性也得到一定的改善。 2019年09月16 00:00 2019年05期 100 106 2595784 杨政<sup>1</sup>,贾付华<sup>1</sup>,张蕤<sup>1,2*</sup> 淀粉造孔剂对多孔碳化硅木陶瓷微观结构及性能影响 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201905015 为解决现有模板法制备多孔碳化硅木陶瓷材质呈各向异性、孔结构不可控的问题,实现多孔碳化硅木陶瓷的功能化利用,利用聚碳硅烷(PCS)将杨木木粉通过浸渍改性为木陶瓷粉体,采用粉末烧结法制备多孔碳化硅木陶瓷,并通过施加淀粉造孔剂对木陶瓷的孔结构进行调节。采用热重-红外联用手段(TG-FTIR)分析了木陶瓷粉体的裂解特性,采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和压汞仪(MIP)表征了木陶瓷的物相组成、微观形貌及孔径分布,利用阿基米德法和同轴环施力法测定了木陶瓷的开口孔隙率及抗弯强度,分析了不同种类淀粉造孔剂对其开口孔隙率及力学性能的影响规律。结果表明,淀粉造孔剂的加入基本不影响木陶瓷的烧结过程及物相组成。木陶瓷的成分主要是β-SiC,材质呈各向同性。3种淀粉造孔剂的成孔趋势类似,当淀粉的添加量较低时(5%~10%),由分散的淀粉颗粒可形成直径10 μm左右的形状较为规则的开孔。造孔剂添加量高于10%后,团聚的淀粉颗粒将形成直径达30~40 μm的大孔。随着造孔剂添加量的增加,木陶瓷开口孔隙率由68%提高到80%,但抗弯强度逐渐降低,由5 MPa左右下降至3 MPa左右。从实用角度考虑,淀粉造孔剂应选为红薯淀粉,理想添加量应为10%~15%,此时,木陶瓷开口孔隙率为71%~77%,并且具有4.0~4.7 MPa的抗弯强度。 2019年09月16 00:00 2019年05期 107 114 3110128 徐多,阙荣君,唐梦雪,游茜,陈瑶<sup>*</sup>,高建民 基于相关向量机回归的涂泥木线条表面点状小缺陷检测 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201905016 木线条是一种用途广泛的建筑材料,主要用于装饰、装修和家具制造等行业。涂泥木线条具有美观、强度高、耐潮湿等优点,深受用户的青睐。在生产过程中,为了提高产品质量,需要对涂泥木线条的表面缺陷进行检测,基于数字图像处理技术的缺陷检测方法已成为主要技术手段。在图像中,面积较大的缺陷相对容易检测,但小的点状缺陷由于包含像素少、缺乏纹理特征等特点,检测非常困难。使用传统的、基于滤波的方法检测小缺陷,主要利用了小缺陷的高频特性,但高频图像噪声会造成误检,导致检测效果并不理想。本研究提出了基于相关向量回归结合后处理的方法对小缺陷进行检测,相关向量回归与支持向量回归相比,具有超参数少、表达更稀疏、核函数不需要满足梅西定理等优点。该方法通过以下步骤实现小缺陷检测:首先利用相关向量回归算法对图像进行处理,将回归值作为像素灰度值构建回归图像,然后求原始图像与回归图像的差图像,求取差图像的核相关系数后,再经过取反、二值化和局部平均等后处理,最终得到信杂比较大的检测图像。通过检测指标的比较,与基于Top-hat滤波的检测算法相比,本研究提出的方法具有更好的检测效果。 2019年09月16 00:00 2019年05期 115 120 2419554 刘瑞明<sup>1</sup>,黄佳炜<sup>2</sup>,刘勇<sup>2</sup>,孙帅成<sup>2</sup>,王双永<sup>3</sup>,周海宾<sup>3</sup> 基于交互模式和图像处理的针叶材生长轮测算方法 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201905017 为了快速测算针叶材生长轮,本研究提出基于人机交互模式和图像处理的方法测算针叶材生长轮数。该方法需截取宏观横截面局部矩形图像,经过平滑、直方图均衡化、边缘检测、腐蚀,以及判断连通性后去噪、膨胀等算法处理后,基于稳定状态多数投票计数法,结合人工交互判断得到生长轮数。与传统图像技术处理针叶材生长轮相比,交互模式允许用户在具体测算过程中给定不同阈值,解决了针叶材生长轮测算方法无法适应不同树种、不同样本、不同图像质量的难题; 把边缘检测结果矩形图像左右两侧的颜色处理成与轮界线一致,并使两侧区域与轮界区域构成连通的区域,再通过连通性判断,把其他噪声基本消除,从而达到非常好的去噪效果。基于该方法开发的“针叶材宏观生长轮测算系统”,对生长轮数分别为19,21,104,235的五针白皮松(Pinus squamaia)、杉木(Cunninghamia lanceolata)、翠柏(Calocedrus formosana)、北美红杉(Sequoia sempervirens)进行了处理。试验结果表明,基于交互模式和图像处理的针叶材生长轮测算方法所得出的生长轮数与人工计数的生长轮数相对误差不超过5%。 2019年09月16 00:00 2019年05期 121 128 2996650 林启招,王云龙,何鑫,秦磊,邱坚<sup>*</sup> 多信息融合的马尾松苗木静态指标检测方法 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201905018 获取马尾松形态指标和主要生理指标有助于筛选优良的造林苗木。利用先进的立体视觉3D重构技术和化学计量学方法(近红外光谱检测技术)实现马尾松苗木的静态指标精准测量。首先搭建软硬件实验平台,通过图像采集系统获取图像序列,在计算机上通过算法重构出马尾松苗木的3D模型,提取马尾松苗木的形态学指标; 然后利用化学计量学方法挖掘近红外光谱中的有用信息,并采用偏最小二乘回归方法建立线性模型,从而达到苗木主要生理指标的快速、无损测定。所选取的研究方法得到的马尾松苗木质量指标与人工实际测量得到的数据具有很强的相关性。基于多信息融合的马尾松苗木质量检测方法精度高,可满足林业调查要求,并为马尾松苗木活力相关研究提供了新的思路。 2019年09月16 00:00 2019年05期 129 133 2878263 李玉荣,刘英<sup>*</sup>,汪力 基于动力学模型和LS-DYNA仿真的竹秆切割力研究 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201905019 竹材加工工具的设计改进一般要考虑竹材和锯片的结构和性能,而其中伐竹锯片的力学特性、转速和切割过程中的振动特性是设计伐竹机械较为关键的参考因子。针对竹秆切割模型与竹秆切割时锯片和竹纤维之间产生的切割力研究,首先对圆锯片切割竹秆的过程进行动力学模型简化,抽象出实际切割系统的近似特性; 进而对于竹秆切割试验的数据进行频谱分析,获得该切割过程在频域方面的特性; 最后利用LS-DYNA仿真软件对切割过程进行模拟。通过参数分析,计算出竹秆切割时的锯片最佳转速约为1 155 r/min,在该转速以上工作可减少切割时产生的振动。将机械系统建模和动态分析与试验数据相结合,并将试验数据代入计算得到在切割过程中竹秆受到圆锯片的切割力约为94.38 N,LS-DYNA仿真结果显示动力学模型的计算拟合良好。该结论可为伐竹机械的设计提供参考。 2019年09月16 00:00 2019年05期 134 139 7627101 孙希同,商庆清<sup>*</sup>,陆凯,周超 真空预压技术加固夹砂软土地基试验 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201905020 真空预压法是一种有效加固软土的地基处理方法,但工程中常因地基土中含有透水层而影响了真空荷载向深部传递,进而影响该工法的应用效果。以江海高速真空预压试验段为工程应用背景,利用孔压静力触探(CPTU)技术测定地基土中粉质砂土层厚度和深度,当采用高压旋喷桩密封处理粉质砂土层时,结合真空度、水位、孔隙水压力、地表沉降等现场实测数据,通过对比分析加固前后部分软土物理力学特性的变化对真空预压法加固效果进行了评价。结果表明:CPTU测试技术准确测得该试验场地粉质砂土层埋深介于9.5~12.5 m,将高压旋喷桩的设计深度优化至8~14 m,有效节约工程造价。加固后深部软土的强度显著提高,土体的含水量与压缩系数较加固前显著降低,平均降幅分别达11%和24.8%,综合场地地下水位、孔隙水压力的监测分析,验证了真空预压结合高压旋喷桩技术对含有粉质砂土层的软基加固的良好处置效果,可为类似工程建设和相关研究提供参考和借鉴。 2019年09月16 00:00 2019年05期 140 145 1907636 严红霞<sup>1</sup>,韩文君<sup>2</sup>,孙信<sup>3</sup>,吕伟华<sup>4</sup> 农业废弃物作为反硝化脱氮外加碳源的研究 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201905021 近年来,基于安全性和经济性等方面的考虑,以农业废弃物作为反硝化脱氮外加碳源的研究已成为热点。本研究旨在优选出适合作为反硝化外加碳源的农业废弃物,在降低生物脱氮成本的同时可以实现农业废弃物的资源化利用。以稻壳、稻秆、玉米芯、玉米秆、花生壳、麦秆6种农业废弃物作为反硝化外加碳源,从释碳性能、释氮性能、浸出液可生化性、脱氮效果、表面性状及生物附着性能等方面对碳源材料进行优选。静态释碳、释氮结果表明,稻秆、玉米秆和麦秆这3种秸秆类材料浸出液的碳氮比总体偏低,不适宜作为良好的反硝化外加碳源。持续反硝化实验显示,稻壳的脱氮效果差,难以被微生物有效利用; 玉米芯浸出液的可生化性好,13 d内硝酸盐氮去除率稳定在94%以上; 花生壳的长期反硝化效果不如玉米芯,10 d后硝酸盐氮去除率不足50%。从SEM分析可知,反应前各碳源材料表面粗糙程度依次为:玉米芯&gt;稻壳&gt;花生壳,经反硝化实验后玉米芯被微生物利用程度也最高。6种农业废弃物中玉米芯的可生化性与长期脱氮效果最好,适合作为替代传统外加碳源的备选材料。 2019年09月16 00:00 2019年05期 146 151 1960781 王玥,秦帆,唐燕华,陈治,黄亚楠,荆肇乾<sup>*</sup> 用户对家具产品不同偏好的脑认知探微 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201905022 依托认知心理学领域中事件相关电位(ERP)研究手段,挖掘用户观察不同偏好家具产品时的典型脑认知成分特征,并结合经典视觉诱发情绪ERP研究成果,获取不同偏好程度的产品图片诱发用户脑电成分特征与情绪诱发脑电成分的关系。本研究以3种不同偏好度(高、一般、低)的办公椅图片为刺激素材,对其诱发的用户脑认知P3成分进行测量。基于20名被试的脑电数据,以峰值为因变量,用多因素方差分析对不同偏好度、被试性别及其交互作用对峰值产生的影响进行分析。结果表明:不同偏好程度因素主效应对脑认知P3成分的峰值强度影响显著,“低”偏好度图片组诱发的P3峰值显著高于“一般”与“高”偏好度的座椅图片组诱发的P3峰值,且顶区是诱发P3成分的主要脑区; 女性用户在脑认知过程中产生的P3成分峰值比男性更高,即女性受产品偏好程度影响波动较大; P3成分峰值不受偏好度、性别及脑区三因素交互作用的影响。相关研究结果与经典视觉诱发P3成分特征一致,因此用户对产品的偏好度(高、一般、低)与情绪(积极、中性、消极)存在关联性,ERP数据可作为产品诱发用户感性情绪认知的甄别指标。该研究过程与结果可为其他产品图片诱发用户脑认知研究提供参照。 2019年09月16 00:00 2019年05期 152 158 2978568 杨元<sup>1</sup>,刘文金<sup>2*</sup>,李国华<sup>2</sup> MDF基材表面处理对UV喷绘涂层性能的影响 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201905023 UV光固化数码喷绘技术是一种高效便捷的表面打印技术,用于家居板材表面装饰可满足环保与个性化的高分辨图案定制的需求。选取木质家具常用的中密度纤维板(MDF)为对象,研究最佳的基材表面预处理,优化UV喷绘涂层的涂刷效果。首先,通过测量不同目数砂纸预处理后MDF表面的粗糙度、表面接触角,分析表面机械处理对其性能的影响; 通过表征UV喷绘后涂层的性能,确定MDF表面机械处理的最佳砂纸目数。然后,采用4种不同种类的PU与PE底漆预处理MDF,再进行UV数码喷绘; 通过表征喷绘涂层的光泽度、附着力、耐磨性、硬度以及板材吸水率性能,获得MDF最佳的底漆涂刷工艺。研究结果表明,经过400#砂纸打磨后,MDF表面粗糙度较低,润湿性较好,此时涂层的光泽度与附着力最好。比较不同的底漆种类与涂刷次数发现,由于UV喷绘涂层较薄,底漆性能对喷绘涂层影响较大,通过刷涂2~3道白色PU底漆预处理基材,可较好地提升UV喷绘涂层的附着力、表现力,并降低MDF基材的吸水性。 2019年09月16 00:00 2019年05期 159 166 3373456 侯威<sup>1</sup>,古今<sup>1*</sup>,胡传双<sup>1</sup>,关丽涛<sup>1</sup>,刘忠会<sup>2</sup> 石墨烯/酚醛树脂浸渍改性地采暖地板的制备与表征 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201905024 为了缩短传热时间、降低能耗,以高导热纳米材料石墨烯为填料,以水性酚醛树脂为载体溶液,配制石墨烯/酚醛树脂浸渍改性剂,开发一种导热性能良好的地采暖地板。以吸光度、透射电镜表征石墨烯在酚醛树脂中的分散性能,以改性单板导热系数、多层复合地板导热效能表征地采暖地板的传热性能,分析石墨烯添加量、浸渍改性剂分散性对地板导热性能的影响,确定浸渍改性最优配方工艺。结果表明: 在试验范围内,石墨烯/酚醛树脂浸渍改性地采暖地板可获得更好的导热性能。浸渍改性剂的分散性、浸渍改性单板的导热性与石墨烯添加量有关,同一树脂固含量下,2%质量分数为最佳石墨烯添加量。通过对比试验分析,酚醛树脂固含量为20%,石墨烯添加量为2%时,浸渍改性单板导热系数提高2倍,为0.272 W/(m·K),浸渍改性地采暖地板导热效能为21 ℃/h。扫描电镜表明石墨烯随浸渍剂进入木材一部分的细胞腔中,X射线图谱也证实石墨烯与木材纤维素的羟基发生反应,导致结晶度数值降低。 2019年09月16 00:00 2019年05期 167 173 2172913 陶鑫<sup>1</sup>,吴燕<sup>1,2</sup>,徐伟<sup>1,2*</sup>,詹先旭<sup>3</sup>,张继雷<sup>4</sup>