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磁控溅射法制备纳米氧化锌/木材复合材料及其物理性能变化

李景奎 王亚男 牟洪波 戚大伟

李景奎, 王亚男, 牟洪波, 戚大伟. 磁控溅射法制备纳米氧化锌/木材复合材料及其物理性能变化[J]. 北京林业大学学报, 2019, 41(1): 119-125. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180303
引用本文: 李景奎, 王亚男, 牟洪波, 戚大伟. 磁控溅射法制备纳米氧化锌/木材复合材料及其物理性能变化[J]. 北京林业大学学报, 2019, 41(1): 119-125. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180303
Li Jingkui, Wang Yanan, Mu Hongbo, Qi Dawei. Preparation of nano ZnO/wood composite by magnetron sputtering and its physical property change[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2019, 41(1): 119-125. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180303
Citation: Li Jingkui, Wang Yanan, Mu Hongbo, Qi Dawei. Preparation of nano ZnO/wood composite by magnetron sputtering and its physical property change[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2019, 41(1): 119-125. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180303

磁控溅射法制备纳米氧化锌/木材复合材料及其物理性能变化

doi: 10.13332/j.1000-1522.20180303
基金项目: 

中央高校基本科研业务费专项 2572019BC02

详细信息
    作者简介:

    李景奎,博士生,工程师。主要研究方向:木材物理学。Email: li_jing_kui@163.com  地址:150040黑龙江省哈尔滨市和兴路26号东北林业大学理学院

    责任作者:

    戚大伟,博士,教授。主要研究方向:木材无损检测及图像处理。Email: qidw9806@163.com  地址:同上

  • 中图分类号: S781.29; S781.7

Preparation of nano ZnO/wood composite by magnetron sputtering and its physical property change

  • 摘要: 目的为了改善木材表面物理性能,探索制备纳米氧化锌/木材复合材料的方法。方法以31年树龄的樟子松木单板作为研究对象,采用磁控溅射法制备纳米氧化锌/木材复合材料,对木材进行功能性改良,利用X射线衍射仪(XRD)、纳米压痕仪、接触角测量仪和扫描电镜(SEM)对样品结构、弹性模量、硬度、表面润湿性和微观形貌等进行表征。结果纳米氧化锌/木材复合材料XRD谱图显示:在2θ等于17.0°、22.5°、35.0°附近仍具有木材纤维素3个结晶面(101、002和040)的特征峰;在2θ等于31.8°、36.3°附近出现了ZnO(100)、ZnO(101)的特征衍射峰。在基底温度为200℃溅射条件下,木材纤维素结晶度下降23.1%。纳米压痕载荷-压入深度曲线形状变化较大,弹性模量增大了6.6倍,硬度增大了23%;纳米氧化锌/木材复合材料表面水接触角为140.2°;表面的纳米氧化锌粒径较小,分散性较好,在木材单板表面分布平整均匀。结论磁控溅射法制备纳米氧化锌/木材复合材料对木材结晶区没有形成影响,依然存在木材纤维素特征衍射峰,纤维素的结晶结构没有遭到破坏,但衍射峰强度有所降低;在木材单板表面生长氧化锌薄膜增大了木材表面的弹性模量和硬度,使木材表面润湿性能从亲水性变为疏水性,接近氧化锌材料的超疏水性能;木材表面生长的氧化锌薄膜均匀,排列致密,表面平整,无裂痕。可见,利用磁控溅射法在木材单板表面生长氧化锌薄膜,能够制备理想的纳米氧化锌/木材复合材料。

     

  • 图  1  磁控溅射原理图

    Figure  1.  Theory of magnetron sputtering

    图  2  纳米氧化锌/木材复合材料XRD图谱

    Figure  2.  XRD pattern of nano ZnO/wood composites

    图  3  载荷-压入深度曲线

    Figure  3.  Load-pressed depth curves

    图  4  木材单板的弹性模量和硬度

    Figure  4.  Elastic modulus and hardness of wood veneers

    图  5  木材单板表面接触角变化

    Figure  5.  Changes of contact angle of sample on wood surface

    图  6  纳米氧化锌/木材复合材料扫描电镜图

    Figure  6.  SEM images of nano ZnO/wood composites

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出版历程
  • 收稿日期:  2018-09-27
  • 修回日期:  2018-10-30
  • 刊出日期:  2019-01-01

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