项目名称: 竹材表面功能性微纳米结构仿生构建及形成机理研究

项目编号: No.31470586

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 农业科学

项目作者: 金春德

作者单位: 浙江农林大学

项目金额: 80万元

中文摘要: 仿生贝壳微纳层状结构,荷叶微纳乳突结构,在竹材表面构筑有序组装的微纳米结构单元,获得集尺寸稳定、拒水阻燃、防霉耐腐、耐老化、自清洁为一体的新型竹质基功能复合材。采用水热矿化和分子组装技术在竹材表面制备ZnO、TiO2、SiO2、Ag、CaCO3、石墨烯等微纳米材料,形成具有和贝壳或荷叶相似的微纳二元共存结构,研究二元结构材料修饰表面的可控形成技术,与竹材异质界面的成型机制、界面特性及界面结构,充分挖掘界面效应;深入分析二元结构协调的影响因素,阐明竹材微纳米结构仿生界面调控工艺和形成机理,为创建智能响应性竹质基复合材提供科学理论指导,对竹材的功能拓展和高值化开发有重要意义。竹材表面功能性微/纳米结构单元仿生构建使竹材从更微观的层次师法自然,利用从生物体那里获得的启示为竹材的功能拓展和高值化开发提供新的研究思路,为发展高附加值的竹质基功能材料提供理论依据和科学技术保障。

中文关键词: 竹材表面;形成机理;仿生;有序结构;功能调控

英文摘要: Inspired by the layerd micro-/nano- structures of shells, and the mastoid micro-/nano- structures of lotus, the hierarchical assembly of nano-building blocks were prepared on the bamboo surface. This newly prepared bamboo-based functional composites possess an integrated properties including dimensional stability, water-repellency and flame-retardency, mildew proof and decay resistance, ageing resistance, and self-cleaning behavior. The micro-/nano- structured materials, such as ZnO, TiO2, SiO2, Ag, CaCO3, and graphene, were repectively prepared on the bamboo surface using the hydrothermal mineralization and molecule assembly technique method. They would be similar to the coexistent dual micro-/nano- structures of shells and lotus. The controllable forming techniques of the coexistent dual micro-/nano- structures deposited onto the bamboo surface would be systematically investigated. The formation mechanism, characteristics, structures, and corelated functions of the interface between the bamboo surface and the micro or nanomaterials would be thoroughly studied. How the influencing factors of the dual structures coordinate would be further analyzed. The regulation technique and the formation mechanism of the bionic interface between the micro-/nano- structures and the bamboo substrate would be illuminated. It could provide scientific theories for buliding the intelligent response bamboo-based composites and represent important significance for the functional expansion and high-value developed bamboo-base materials. The assembly of nano-building blocks into bio-inspired structured functional composites on the bamboo surface is a feasile route from the micro level to learn from nature. The obtained inspiration not only offer us the novel research thought for function expansion and high-value development of bamboo but also provid a theoretical guidance and scientific technical support for the development of high-valued bamboo-based functional composites.

英文关键词: bamboo surface;formation mechanism;bionics;ordered structure;functional regulation

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