木材骨架纤维素基湿度驱动智能响应材料设计及其应用

来源 :山东农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jingjong
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
人们在高温下运动或工作时会产生湿热疲劳,严重时会损害身体健康,降低工作效率。通过个体湿热管理对人体周围局部空间进行湿热调节,在缓解湿热疲劳、满足个人热湿舒适方面具有巨大潜力。目前对个体湿热管理的研究主要聚焦于近人体制冷、供暖热备集成、智能可穿戴等方面,虽然湿热管理效率高,但仍存在人为供能、尺寸大、质量重等弊端。受松果鳞片在湿度环境中闭合、干燥环境中张开现象的启发,设计湿气刺激响应智能材料用于个体湿热管理,以汗蒸发为刺激来源,无需人为供能,使用条件灵活,具有较强的竞争优势。目前,湿度响应驱动材料主要存在两类问题:(1)基于多种具不同湿敏性的材料构建双层或多层结构材料,通常存在由于界面结合能力差导致使用寿命短的问题;(2)由不可再生资源获取的湿度驱动材料,如石墨基、聚合物基等,通常存在原材料不可再生、制备过程复杂、变形幅度小、响应性差的问题。为此,本研究以富含亲水官能团的生物质木材为对象,设计构建了两种湿度驱动材料:(1)采用有序可控剥离木质素的手段,在具有优异机械强度和富含亲水官能团的木质纤维素骨架上构建了木质素梯度包覆结构,制备了湿度响应驱动的智能木材,具有木材一体化骨架结构,有效解决了异质结构存在的界面结合问题;(2)采用木质素全剥离策略,先形成木材纤维素骨架,再在其中引入湿敏导电材料(MXene),构建成骨架包覆结构多功能驱动器,赋予复合智能材料更好的湿度响应性能和多功能性;最后,将智能木材和MXene/纤维素骨架复合智能材料用作个体湿热管理用智能衣服概念验证。得出研究结论如下:(1)具纤维素骨架基木质素梯度分布结构,优化厚度为100μm、木质素剥离了2/3厚度的智能木材表现出最优的湿度驱动性能,响应灵敏(30.2°/s,优于多数文献报道值:<25.7°/s),驱动力高(起重驱动质量比:~88倍,远高于文献报道值:8~53倍),弯曲变形大(≥180°),循环稳定性强(≥10000次);此外,还具有各向异性所赋予的驱动变形可编程性,与纤维方向成30°、45°、60°夹角的智能木材能够达到131°、138°、170°的弯曲变形;制备方法具普适性,多种木材(松木、樱桃木、梧桐、黑胡桃等)均成功设计构建成了湿度响应智能材料。将这类湿度驱动智能木材概念用作智能木材衣服,炎热环境中表现出良好的散湿散热效果,寒冷环境中表现出良好的保温效果,水蒸气透过量高达3203 g/(m~2*24h),远超传统织物(涤纶(1907 g/(m~2*24h))、棉(2103g/(m~2*24h))等);拉伸强度达189 MPa,与其他织物或纤维相比表现出巨大的优势(运动服-11 MPa,聚氨酯纤维-3 MPa,石墨烯纤维-48 MPa);紫外光的透射率趋近于0,体现了良好的防紫外线能力。(2)MXene/纤维素骨架复合智能材料进一步赋予了湿度驱动智能材料电磁屏蔽功能。剥离全部木质素的纤维素骨架内部具有更广阔的通道,促使MXene在纤维素骨架内部和表面形成了连通网络,进而赋予MXene/纤维素骨架复合智能材料优异的导电性能和电磁屏蔽效能。当MXene占比42.8%时,复合智能材料表现出2.72×10~4 S/m的高电导率和39.8 d B的EMI SE,可以屏蔽99.99%的入射电磁干扰;屏蔽性能远高于文献报道的其他电磁屏蔽材料(如CNT/NR的EMI SE为21 d B,MWCNT/聚苯乙烯的EMI SE为30 d B)。同时,MXene和纤维素骨架都具有的多羟基官能团及两者复合形成的致密结构,致使复合智能材料的湿度响应更加灵敏(74.6°/s),驱动力更高(起重驱动质量比:~126倍),弯曲变形大(≥176°),循环稳定性强(≥10000次)。将复合智能材料概念用作智能衣服,呈现的水蒸气透过量高达3395 g/(m~2*24h),拉伸强度达172 MPa,均远高于传统织物,既可屏蔽环境中的电磁辐射,保护身体健康,又能调节身体的热湿舒适度,为个体湿热管理用智能可穿戴衣物的研究开发提供了新的启发。
其他文献
改善翼型气动特性的关键问题之一是解决动态失速。提出利用翼型前缘吸气、后缘吹气的组合式吹吸气控制翼型动态失速的方法,研究俯仰振荡条件下其对翼型动态失速特性的影响和控制作用。选取NACA0012翼型为研究对象,基于转捩SST湍流模型求解非定常雷诺平均Navier-Stokes(URANS)方程,计算不同射流动量系数下的翼型气动特性,评估控制过程中的经济性。结果表明:在马赫数0.109,减缩频率0.1,
<正>体育是一门应用性非常强的学科,不仅可以让学生缓解学科学习的压力,而且可以从某种程度上训练学生的竞赛精神。在这样的教学形势下,排球作为一门非常重要的训练项目已经逐步进入小学生的体育课堂,被越来越多的学校体育教授项目所吸纳。所以,小学的体育教师不仅要提高自身的专业水平,还要创新优化自己的体育课堂,扩大自己的教学范围,在开展排球课堂的时候,向小学生明确在排球中发球技术的重要性,同时,同步训练小学生
期刊
从面向数据与面向对象设计方法描述入手,分析比较了两种设计方法的不同,通过比较分析,得出基于面向对象设计方法的软件设计建议。
<正>加州鲈鱼原名大口黑鲈(Micropterus salmoides),原产美国加利福尼亚州密西西比河水系,分类学上隶属于鲈形目、太阳鱼科、黑鲈属。体长而侧扁,稍呈纺锤形,横切面为椭圆形。吻长,口上位,口裂大而宽,不喜跳跃,耐低氧,是一种肉质鲜美、抗病力强、生长迅速、易起捕、适温较广的典型肉食性淡水鱼类。1983年引入我国养殖,1985年人工繁殖成功。目前是我国的“第五大家鱼”。
期刊
通过电动单梁起重机接触器触点粘连事故分析,对起重机控制电路进行优化改进,在控制电路中添加时间继电器。在时间继电器线圈回路中,通过上、下行按钮的常闭触点以及上、下行方向接触器的常开触点在运行中触点开闭的转换逻辑,监测相应接触器触点粘连与否,并通过时间继电器延时断开常闭触点与失压脱扣控制断路器配合应用,达到接触器触点粘连的有效防护。
排球是初中体育运动项目中的三大球之一,也是学生较为喜欢的运动项目之一。采用激发学生内在驱动力,提高学生参与度;引导学生掌握动作技巧,提高学习能力;加强师生间的交流,有效达到目标;进行增值评价,关注学生进步幅度等策略,可以提升初中排球正面上手发球的教学效果,帮助学生掌握排球正面上手发球技术动作,提升运动技能,继而不断提升课堂教学质量。
新兴媒体的蓬勃发展加速了乡村叙事方式的转向。新媒体凭借自身强大的吸引力备受人们的关注,用户范围十分广泛,涵盖不同地域的民众。在新兴媒体平台,乡村叙事形式发生转变,加速了叙事主体结构的转变,为人们展示乡村带来了契机。但新兴媒体进一步加剧了城乡信息鸿沟,导致乡村叙事内容的碎片化、内卷化,从长远考虑则不利于乡村文化体系的构建。为改善这一现状,本文认为,应建构完整的乡村叙事话语体系,挖掘乡村文化的独特性,
随着我国信息化社会的飞速发展,网络技术逐渐被应用于各大课堂教学活动中,尤其在小学语文课堂的应用越来越广泛,能够在开展教学活动中吸引学生的学习兴趣,而为了更好地提升小学语文课堂教学效果,小学语文教师必须充分掌握计算机技术的使用方法,与时俱进。当前,通过对小学教育信息化发展现状和课程教学整合能力的分析,可以看出,现阶段小学教师课程中信息技术与教育的融合还比较僵化,不知道如何将信息技术与传统教学方法相结