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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