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第1章 大自然给予的启发1

1.1 引言1

1.1.1 仿生学概要1

1.1.2 木材仿生智能科学概要1

1.2 自然界的仿生现象及启示2

1.2.1 荷叶的滴水不沾特性2

1.2.2 棉花的轻柔飘逸特性7

1.2.3 海鞘的环境响应特性12

1.2.4 扇贝的层积结构16

1.2.5 候鸟海龟的“千里迁徙”和“万里洄游”特性21

1.2.6 树根的自修复特性24

1.3 木材仿生科学理论基础27

1.3.1 木材的多尺度分级结构27

1.3.2 木材的分级多孔结构30

1.3.3 木材的智能性调湿调温功能34

1.3.4 木材的智能性生物调节功能45

1.3.5 木材的智能性调磁和减少辐射功能49

1.3.6 木材是天然的气凝胶结构体49

1.4 木材在现代科技发展中的新进展51

1.4.1 木质基光学透明材料51

1.4.2 气体分离及水质净化54

1.4.3 木质基柔性晶体管55

1.4.4 木质基可触摸屏55

1.4.5 木质基生物传感器57

1.4.6 太阳能电池58

1.4.7 木质基超级电容器59

1.5 木材仿生智能科学展望60

参考文献60

第2章 特殊润湿性功能生物质材料71

2.1 引言71

2.2 特殊润湿性功能生物质材料的构建及特性72

2.2.1 特殊润湿性理论基础72

2.2.2 特殊润湿性材料简介及应用77

2.3 特殊润湿性功能材料的制备方法83

2.3.1 刻蚀法84

2.3.2 溶胶-凝胶法84

2.3.3 模板法86

2.3.4 自组装法86

2.3.5 气相沉积法88

2.3.6 其他方法88

2.4 特殊润湿性功能生物质材料的制备89

2.4.1 超疏水木材的制备89

2.4.2 超疏水超亲油玉米桔秆纤维的制备126

2.4.3 超疏水棉花纤维的制备167

2.4.4 仿生水下超疏油材料的制备186

参考文献200

第3章 功能性光催化材料208

3.1 光催化概述208

3.1.1 光催化材料的研究进展208

3.1.2 光催化原理210

3.1.3 半导体的电子性质216

3.1.4 半导体的光学性质224

3.1.5 半导体光催化剂的应用及机理225

3.1.6 光催化活性的影响因素228

3.1.7 光催化材料的表征方法230

3.2 半导体光催化剂238

3.2.1 存在的问题和发展趋势238

3.2.2 单一半导体光催化剂239

3.2.3 过渡金属离子掺杂239

3.2.4 贵金属沉积240

3.2.5 非金属元素掺杂240

3.2.6 半导体光催化剂复合241

3.2.7 共掺杂及自掺杂改性241

3.2.8 其他新型光催化剂243

3.3 生物质基光催化材料的制备243

3.3.1 生物模板法简介244

3.3.2 生物模板法原理244

3.3.3 生物模板法分类244

3.3.4 生物模板法合成纳米材料的应用246

3.4 半导体负载的木质基功能材料246

3.4.1 pH调控润湿性的TiO2/木材247

3.4.2 光控润湿性可逆的TiO2/木材251

3.4.3 耐久、耐酸、抗高温高湿的超双疏木材256

3.4.4 贵金属沉积改性及其光催化降解有机污染物261

3.4.5 半导体催化剂复合改性及其释放负氧离子的行为268

3.5 以木材为模板制备光催化材料275

3.5.1 以木材为模板制备WO3/TiO2光催化剂275

3.5.2 生物质衍生C掺杂的Bi2WO6气敏元件281

3.6 本章小结288

参考文献288

第4章 磁性木质材料的形成与功能化修饰295

4.1 引言295

4.1.1 磁性纳米材料概述295

4.1.2 仿生构筑磁性木材概念的提出及制备方法303

4.1.3 磁性木材的应用306

4.2 磁性氧化铁/木材复合材料的制备及研究307

4.2.1 磁性氧化铁/木材复合材料的制备方法307

4.2.2 磁性氧化铁/木材复合材料的形成机理308

4.2.3 磁性氧化铁/木材复合材料的性能分析311

4.3 磁性CoFe2O4/木材复合材料的制备及研究315

4.3.1 磁性CoFe2O4/木材复合材料的制备方法316

4.3.2 磁性CoFe2O4/木材复合材料的形成机理317

4.3.3 不同反应温度对磁性木材结构和性能的影响319

4.3.4 不同反应时间对磁性木材结构和性能的影响321

4.3.5 KNO3浓度对磁性木材结构和性能的影响323

4.3.6 NaOH浓度对磁性木材结构和性能的影响324

4.4 磁性木材的功能化修饰326

4.4.1 超疏水型磁性木材的制备和性能327

4.4.2 阻燃型磁性木材的制备和性能335

4.4.3 吸波型磁性木材的制备和性能347

4.5 磁性木质材料的吸附性能356

4.5.1 超疏水磁性木粉的制备、表征及油水分离性能的研究357

4.5.2 氨基功能化磁性木粉的制备及吸附Cu2＋性能的研究365

4.5.3 巯基功能化磁性木粉的制备、表征及吸附重金属离子性能的研究373

4.6 本章小结383

参考文献386

第5章 纤维素纳米晶体液晶相的虹彩性质与仿生应用395

5.1 引言395

5.2 纤维素纳米晶体的酸水解制备397

5.2.1 木材原料制备纤维素纳米晶体397

5.2.2 MCC原料制备纤维素纳米晶体398

5.2.3 棉纤维原料制备纤维素纳米晶体398

5.3 纤维素纳米晶体自组装399

5.3.1 水合介质中的自组装400

5.3.2 有机介质中的自组装402

5.3.3 外场下的自组装402

5.4 纤维素纳米晶体液晶相402

5.4.1 纤维素基液晶概述402

5.4.2 纤维素纳米晶体液晶相形成机制403

5.4.3 纤维素纳米晶体液晶相结构特征404

5.5 纤维素纳米晶体手性向列液晶相自组装行为的调控405

5.5.1 纤维素纳米晶体的性质对手性向列液晶相的影响406

5.5.2 离子强度对手性向列液晶相的影响406

5.5.3 超声辅助对手性向列液晶相的影响407

5.5.4 温度对手性向列液晶相的影响408

5.5.5 分散剂对手性向列液晶相的影响408

5.6 纤维素纳米晶体手性向列液晶相的应用410

5.6.1 手性向列材料概述410

5.6.2 手性向列液晶相模板法合成无机材料412

5.6.3 手性向列液晶相模板法合成有机材料415

5.7 纤维素纳米晶体自组装功能材料的调控418

5.7.1 折射率调控功能化材料418

5.7.2 螺旋调控功能化材料419

5.7.3 手性转移调控功能化材料422

5.8 纤维素纳米晶体手性向列湿敏薄膜材料425

5.8.1 概述425

5.8.2 实验部分427

5.8.3 结果与讨论428

5.8.4 小结432

5.9 纤维素纳米晶体手性向列导电薄膜材料433

5.9.1 概述433

5.9.2 实验部分433

5.9.3 结果与讨论434

5.9.4 小结436

5.10 纤维素纳米晶体模板法制备手性介孔材料437

5.10.1 概述437

5.10.2 实验部分437

5.10.3 结果与讨论438

5.10.4 小结444

5.11本章小结444

参考文献444