木基金屬?gòu)?fù)合材料的研究進(jìn)展

劉仁玲，郭 強(qiáng)，黃金田，尹鼎文，于曉芳，邱鳳奇，潘艷飛*

(1.內(nèi)蒙古建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 建筑工程與測(cè)繪學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010070；2.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018)

木材作為世界四大建筑基材之一[1-2]，其屬于自然資源且具備可再生性[3]。隨著各國(guó)限制對(duì)樹(shù)木的砍伐，木材的供需矛盾日益突出。因此，利于減少木材使用量的木基金屬?gòu)?fù)合材料符合時(shí)代趨勢(shì)，針對(duì)木基金屬?gòu)?fù)合材料的研究尤為關(guān)鍵。科研人員利用金屬與木材的復(fù)合來(lái)提高木材的各項(xiàng)性能[4]，如采用化學(xué)鍍的方法在木材表面覆蓋一層金屬涂層[5-6]，以提高木材的耐磨性、耐熱性和耐腐蝕性能，從而延長(zhǎng)木基復(fù)合材料的使用壽命，同時(shí)可以發(fā)展綠色[7-8]的木基金屬?gòu)?fù)合的電磁屏蔽材料。

本研究以木材為基體，從木材金屬?gòu)?fù)合材料制備機(jī)理和研究進(jìn)展出發(fā)，概述了木基金屬?gòu)?fù)合材料在電磁屏蔽性能、抗靜電性能、儲(chǔ)能和疏水性能方面的研究。同時(shí)，對(duì)木基金屬?gòu)?fù)合材料在電磁屏蔽性能方面不足進(jìn)行探討，并展望磁性木材在電磁屏蔽效能與棒狀中空材料降解重金屬離子的發(fā)展前景。

1 木基金屬?gòu)?fù)合材料

1.1 木基金屬?gòu)?fù)合材料概述

木基金屬?gòu)?fù)合材料是利用不同維數(shù)木質(zhì)單元為基體的協(xié)同效應(yīng)和加和法則，通過(guò)與異質(zhì)、異型、異性的增強(qiáng)體或功能體單元混雜復(fù)合加工形成的新型多相材料[9]。木質(zhì)單元的維數(shù)(0，1，2和3)和形態(tài)特性以及木質(zhì)單元與增強(qiáng)體或功能體之間的界面技術(shù)是研究木基復(fù)合材料的基礎(chǔ)。木基金屬?gòu)?fù)合材料是以木質(zhì)單元為主體與其他金屬材料單元復(fù)合而成的新型材料[10-11]。木基金屬?gòu)?fù)合材料不但克服了木材變異性大、尺寸穩(wěn)定性差、易腐蝕、易燃燒和易變色等天然缺陷[12-13]，而且具備金屬比強(qiáng)度高、比模量高、尺寸穩(wěn)定性好、耐磨、耐疲勞、耐老化以及易導(dǎo)熱導(dǎo)電等優(yōu)異性能。由于木材存在固有孔道缺陷[14]，使得木材能極好地作為金屬材料附著載體。因此，金屬和木材的復(fù)合能夠充分利用各個(gè)材料的優(yōu)異性能，消除自身的固有缺陷，并賦予復(fù)合材料新性能。

1.2 木基金屬?gòu)?fù)合材料構(gòu)成機(jī)理

微觀上，木材具有微/納米多尺度孔隙結(jié)構(gòu)，其天然的骨架形態(tài)可作為其他材料的基質(zhì)模板，多孔通道表面富含大量的活性位點(diǎn)(碳自由基C)和基團(tuán)(游離性羥基—OH、羧基—COOH)。金屬離子極易和木材組分中纖維的氧鍵結(jié)合給木材提供強(qiáng)度[15]，木基金屬?gòu)?fù)合材料中添加納米粒子，會(huì)促使納米粒子間和納米粒子與木材組分間的協(xié)同效應(yīng)，使得所形成的木基復(fù)合材料十分牢固。有機(jī)相(木材組分)與無(wú)機(jī)相(金屬粒子)以共價(jià)鍵或部分共價(jià)鍵緊密連接，可使木基金屬?gòu)?fù)合材料兩相界面完全或部分消失，同時(shí)，懸浮液中納米粒子發(fā)生原位聚合并充填于木材網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，形成對(duì)木材增強(qiáng)效應(yīng)[16-17]。木基復(fù)合材料制備機(jī)理見(jiàn)圖1。

1.3 木基金屬?gòu)?fù)合材料研究進(jìn)展

20世紀(jì)以來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)木基金屬?gòu)?fù)合材料開(kāi)展了大量研究，采用共沉淀法、水熱法、原位金屬離子浸入、溶膠-凝膠法等一系列方法，制備出在力學(xué)性能、電磁屏蔽性能和抗靜電性能方面表現(xiàn)優(yōu)異的木基金屬?gòu)?fù)合材料。

早期木基金屬功能復(fù)合材料的使用主要是利用其優(yōu)異的力學(xué)性能，到20世紀(jì)60年代很多住宅也使用了此類(lèi)復(fù)合材料[19]。H.Okaetal[20]申請(qǐng)了關(guān)于制備磁性木材的專(zhuān)利，制備的磁性木材既具有一些木材的基本屬性，還具有優(yōu)異的磁特性。我國(guó)關(guān)于木材/金屬?gòu)?fù)合材料方面的研究比較晚，很多學(xué)者以各種樹(shù)脂為膠黏劑實(shí)現(xiàn)金屬木材復(fù)合制備木材/金屬?gòu)?fù)合材料。楊紅旗等[21-22]以聚醋酸乙烯乳液(PVAc)改性酚醛樹(shù)脂制備鋁木復(fù)合材料，表現(xiàn)出良好的力學(xué)性能。有學(xué)者率先將納米技術(shù)引入木材基無(wú)機(jī)納米材料的制備的研究領(lǐng)域[23]。李堅(jiān)[24]嘗試將熔融合金注入木材內(nèi)部，壓縮制備金屬化壓縮木，該材料具有良好的導(dǎo)電性能和力學(xué)性能。朱曉龍[25]、孫麗萍等[26]采用廢棄的木屑重新加工利用，探究其在某些腐蝕環(huán)境中代替金屬材料工作，起到導(dǎo)電和電磁屏蔽的效果。L.J.WANGetal[27]研發(fā)出一種木材-銅電磁屏蔽材料，電磁屏蔽效能(SE)可達(dá)60 dB。

注入熔融合金、木屑重組等方法是使木材與金屬或者合金發(fā)生物理結(jié)合，雖然一定程度上加大了木基材料的抗壓強(qiáng)度、硬度和耐磨性能，使廢舊木屑得到重復(fù)利用。但該類(lèi)方法制備的木基金屬?gòu)?fù)合材料用途有一定局限性，尤其在高頻電磁屏蔽領(lǐng)域，其屏蔽效能不佳；同時(shí)，將熔融合金注入木材內(nèi)部進(jìn)行壓縮的同時(shí)也在一定程度上破壞了木材固有的孔道結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致木材天然的蜂窩狀結(jié)構(gòu)在高頻電磁波屏蔽領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)蕩然無(wú)存。

黃金田等[28]利用化學(xué)鍍制備了鎳/木材復(fù)合材料，優(yōu)化了最佳的金屬沉積速率，表明隨著金屬鎳沉積量的增加，復(fù)合材料導(dǎo)電性增加，且化學(xué)鍍鎳木材單板的導(dǎo)電性具有各向異性，化學(xué)鍍鎳楊木單板垂直于纖維方向的表面電阻率是平行于纖維方向表面電阻率的 2.71～1.82倍[29]。B.Liuetal[30]、Y.F.Panetal[31]采用化學(xué)鍍Ni和溶膠-凝膠，以木質(zhì)纖維素纖維為基材，制備了Ni-NiO/TiO2中空復(fù)合材料，其可作為光催化降解重金屬的理想催化劑。徐高祥等[32]以成熟泡桐(Paulowniafortunei)為基體，通過(guò)低溫水熱法將Cu(AC)2原位還原得到金屬Cu木材復(fù)合材料，其軸向電導(dǎo)率值可達(dá) 27.78×10-6S·m-1。姚曉林等[33]以速生林木材為基體，采用水熱法將醋酸鎳原位還原得到金屬Ni木材復(fù)合材料，力學(xué)性能有明顯提高，比例極限和抗壓強(qiáng)度相對(duì)于生材可增加83.42%和20.65%。

采用化學(xué)鍍和水熱合成方法使金屬離子與木材組分中活性基團(tuán)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，從而加快金屬的沉積速率，形成致密的金屬鍍層。該方法制備的木基材料結(jié)構(gòu)緊密、質(zhì)量輕，可廣泛使用。

2 木基金屬?gòu)?fù)合材料研究

隨著電子工業(yè)的迅速發(fā)展，電磁波污染是當(dāng)今社會(huì)急需解決的一大難題。電磁波會(huì)干擾通訊設(shè)備，且電磁波的攔截極易使信息造成泄露。同樣人體長(zhǎng)期暴露在電磁輻射當(dāng)中，會(huì)使細(xì)胞發(fā)生癌變，使人類(lèi)生命安全受到威脅。因此，電磁屏蔽材料的開(kāi)發(fā)迫在眉睫，磁性木基復(fù)合材料由于它的吸波特性、綠色環(huán)?？芍貜?fù)利用的特性被廣泛研究。木基金屬?gòu)?fù)合材料具有導(dǎo)電、可降解和生物相容性等優(yōu)點(diǎn)，除可以作為天然電磁屏蔽材料外，其優(yōu)異的導(dǎo)電率還可在光電領(lǐng)域有較好的應(yīng)用，可作為綠能電子、能源儲(chǔ)存、電極材料和超級(jí)電容器等微電子元件。同時(shí)可傳輸截留在木材體內(nèi)的靜電荷，有效解決因靜電引發(fā)的電子元件功能性失調(diào)以及密閉空間粉塵引發(fā)的爆炸。

依據(jù)電磁屏蔽性能和抗靜電性能對(duì)材料的分類(lèi)[34]，這里規(guī)定電磁屏蔽材料：Ⅰ-1工業(yè)或者商業(yè)材料、Ⅰ-2航空、航天、軍用設(shè)備儀器、Ⅰ-3高精度高敏感度產(chǎn)品；抗靜電材料：Ⅱ-1絕緣材料、Ⅱ-2防靜電材料、Ⅱ-3導(dǎo)電材料(表1)。

表1 電磁屏蔽和抗靜電性能對(duì)材料的分類(lèi)Table 1 Classification of materials by electromagnetic shielding and antistatic properties

2.1 電磁屏蔽木基金屬?gòu)?fù)合材料研究

2.1.1 磁性木基復(fù)合材料電磁屏蔽性能的研究 G.J.Hanetal[35]采用真空過(guò)濾的方法，組裝層狀結(jié)構(gòu)的纖維素納米纖維和鎳納米粒子修飾的石墨烯雜化物復(fù)合薄膜，其具有高導(dǎo)電性且電磁屏蔽效能可達(dá)32.2 dB。S.Dongetal[36]將MnO 納米棒引入多孔生物質(zhì)衍生碳構(gòu)建了三維介質(zhì)-磁性結(jié)構(gòu)，制備出MnO/多孔生物質(zhì)衍生碳復(fù)合材料，當(dāng)厚度為2.47 mm，測(cè)試頻率為10.4 GHz時(shí)，電磁屏蔽效能為51.6 dB。Z.Louetal[37]采用浸漬法化學(xué)共沉淀制備出磁性木材，其吸收帶寬為5.2 GHz，覆蓋范圍12.80～18.00 GHz，當(dāng)測(cè)試頻率為14.36 GHz時(shí)電磁屏蔽效能值達(dá)64.26 dB，且木材厚度僅為2.25 mm(圖2)。

2.1.2 木材化學(xué)鍍Cu-Ni復(fù)合材料 Y.F.Panetal[38]在木基金屬?gòu)?fù)合材料方面有進(jìn)一步深入研究。以楊木(Populusspp.)單板作為施鍍基材，采用化學(xué)鍍Cu和Ni的方法，以不同施鍍次數(shù)作為變量，分析不同化學(xué)鍍Ni時(shí)間復(fù)合鍍層的最佳性能，探究了Cu-Ni/木材最佳的復(fù)合方式，以獲取最理想的電磁屏蔽效能，研究得出：1)木材表面在沉積2次Cu層之后化學(xué)鍍Ni，Cu層可以加快Ni顆粒沉積速率，從而促使鍍層更加致密且均勻；2)對(duì)復(fù)合材料斷面進(jìn)行分析，金屬Cu和Ni顆粒均已滲透至木材內(nèi)部，木材固有的蜂窩狀結(jié)構(gòu)可提高電磁波的電導(dǎo)和磁導(dǎo)損耗。采用化學(xué)鍍Cu和Ni的方法，以木材為基材，制備具有正向電導(dǎo)率梯度和負(fù)向電磁率梯度的復(fù)合材料，從而增強(qiáng)對(duì)電磁波的磁滯損耗和介質(zhì)損耗，在300 kHz 到2.0 GHz的L波段，經(jīng)過(guò)3次化學(xué)鍍Cu且4次化學(xué)鍍Ni制備的復(fù)合鍍層，其電磁屏蔽效能相對(duì)穩(wěn)定且平均值能夠達(dá)到90.69 dB(圖3)。

電磁梯度結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的電磁波吸收性能，基于正向電導(dǎo)率梯度和負(fù)向電磁率梯度的結(jié)構(gòu)，當(dāng)電磁波進(jìn)入復(fù)合材料內(nèi)部時(shí)，電磁波會(huì)經(jīng)歷“吸收-反射-重吸收”的屏蔽機(jī)制。雖然該復(fù)合材料擁有優(yōu)異的屏蔽效果，但是應(yīng)用于超高頻電磁波屏蔽領(lǐng)域的可控電磁梯度結(jié)構(gòu)依然面臨巨大的挑戰(zhàn)。

由于木材表面凸起結(jié)構(gòu)越明顯，其粗糙度值越大，金屬Ni顆粒越容易附著基材。Ni顆粒的生長(zhǎng)路徑首先沿著木材固有的孔狀結(jié)構(gòu)排列在木材表面，隨著化學(xué)鍍Ni時(shí)間的增加，金屬Ni層逐漸趨于平整。當(dāng)化學(xué)鍍Ni時(shí)間達(dá)到20 min時(shí)，木材表面金屬鍍層可達(dá)8.014 μm；隨著Ni層的沉積，其表面電阻迅速下降，當(dāng)化學(xué)鍍Ni時(shí)間達(dá)到20 min時(shí)，表面電阻僅有0.5 Ω，同時(shí)，木材表面晶態(tài)結(jié)構(gòu)逐漸由非晶態(tài)變?yōu)榫B(tài)，經(jīng)過(guò)2次化學(xué)鍍Ni后，促使電磁屏蔽效果達(dá)到最佳，電磁屏蔽效能平均值大于80 dB。電磁屏蔽機(jī)理見(jiàn)圖4。

木材作為電的不良導(dǎo)體，以木材為基材制備木基金屬?gòu)?fù)合材料，化學(xué)鍍是非常有效的方法，不添加任何外在條件的方法，僅利用氧化還原反應(yīng)將金屬粒子如Cu和Ni金屬粒子沉積于木材表面，即可提高木材活性位點(diǎn)，又可加快金屬在木材表面沉積速率，從而制備出致密且均勻的金屬?gòu)?fù)合鍍層。

從微觀角度，木材具有微/納米多孔結(jié)構(gòu)，天然骨架可作為其他材料復(fù)合的模板。復(fù)合材料屏蔽效能與其間隔有關(guān)[39]，研究表明電磁波在復(fù)合材料內(nèi)部存在損耗。在低頻段時(shí)，電磁波可以穿透第1次進(jìn)入第2層，電磁波在兩層之間存在多層反射造成明顯衰減，電磁屏蔽效能明顯上升(圖5)。

天然木材由高度各向異性的微通道組成，該結(jié)構(gòu)有利于自下而上對(duì)水、離子等物質(zhì)運(yùn)移，從而滿足要求的光合作用。經(jīng)過(guò)熱解處理，木基復(fù)合材料可減少碳組分而后仍然保持三維(3D)骨架，這樣的結(jié)構(gòu)可構(gòu)建一個(gè)巨大的傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)，特別適合碳化后的形貌。

2.2 抗靜電木基金屬?gòu)?fù)合材料研究

M.Hasaninetal[40]制備了甲基纖維素復(fù)合材料，證實(shí)其具有良好的熱穩(wěn)定性，通過(guò)“綠色”的方式實(shí)現(xiàn)抗靜電的作用。常德龍等[41]對(duì)木材性封閉處理，采用磁控濺射法在桐木單板上鍍鈦鎳合金，鍍膜后的桐木單板具備防靜電效果,可用于機(jī)房木地板，防靜電工作臺(tái)等。王碩等[42]在織物表面進(jìn)行化學(xué)鍍銅處理，當(dāng)鍍液濃度達(dá)到20 g·L-1時(shí)，銅復(fù)合織物的方塊電阻值可達(dá)64.44 mΩ·cm-2，有良好的抗靜電效果。寧國(guó)艷[43]采用真空浸漬金屬絡(luò)合物改性木材，當(dāng)真空浸漬溫度為60 ℃，浸漬循環(huán)次數(shù)為5次，硫酸銅濃度為50 g·L-1時(shí)，金屬絡(luò)合物改性木材的體積電阻率最低，可達(dá)到3.023×103Ω·cm，導(dǎo)電性能良好。J.Yueetal[44]制備了可調(diào)電導(dǎo)率的環(huán)氧樹(shù)脂-炭黑復(fù)合泡沫，隨著炭黑的含量從1%增加到7%，復(fù)合材料的電阻率從1014Ω·cm下降到106Ω·cm，當(dāng)炭黑含量高于3%，復(fù)合材料可達(dá)到防靜電材料的標(biāo)準(zhǔn)。

木材作為一種絕緣體，截留在基體的靜電荷很容易產(chǎn)生靜電作用給人體或者精密設(shè)備帶來(lái)危害。為了消除這一危害，各學(xué)者研究將木材和導(dǎo)電物質(zhì)結(jié)合制備出可達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的抗靜電木基金屬?gòu)?fù)合材料。

2.3 儲(chǔ)能木基金屬?gòu)?fù)合材料性能研究

近年來(lái)，關(guān)于木材及其衍生材料在能源存儲(chǔ)應(yīng)用開(kāi)展了大量研究，如集流體、分離膜和電極材料等[18]。取材于天然木材，碳化后活性木炭作為負(fù)極，橫向切割木材薄片為隔膜，電沉積金屬粒子的木炭為正極材料，自組裝制備超級(jí)電容器[46](圖6)，基于碳化木材和電化學(xué)活性材料相結(jié)合，制備電化學(xué)性能優(yōu)良和對(duì)環(huán)境友好的電容器電極材料。值得注意的是，仿生木材和人造木材均可通過(guò)自組裝方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)人造木材孔道結(jié)構(gòu)的調(diào)控，經(jīng)過(guò)碳化和負(fù)載金屬，可制備具有相似木材管孔特征的負(fù)極材料。張羅[47]通過(guò)電沉積法在碳化木材上沉積聚苯胺和MnO2，制備PANI/BCM和MnO2/BCM電極材料，其比電容分別達(dá)到320.5 F·g-1和291.2 F·g-1；柯少秋[48]成功制備出纖維素網(wǎng)絡(luò)/聚苯胺復(fù)合材料、聚乙烯醇(PVA)/H3PO4凝膠電解質(zhì)、無(wú)紡布隔膜、導(dǎo)電銀膠和集流體鋁片自組裝超級(jí)電容器(圖7)，具有良好的電導(dǎo)率及導(dǎo)電活性物質(zhì)負(fù)載量，該復(fù)合材料組裝的超級(jí)電容器具有良好的電化學(xué)性能(面積比電容可達(dá)0.12 F·cm-2)。

考慮到環(huán)境友好型、可降解性和可持續(xù)性，制備形貌可靠，高穩(wěn)定性的儲(chǔ)能材料至關(guān)重要[49]。木基金屬?gòu)?fù)合材料具有高的能量密度和功率密度，在先進(jìn)能源轉(zhuǎn)換和能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)中表展現(xiàn)出了巨大的潛力。木材是一種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的天然復(fù)合材料，可從農(nóng)業(yè)和工業(yè)木材廢料中獲取，經(jīng)高溫碳化活化后產(chǎn)生的木質(zhì)生物碳比表面積大(比表面積高達(dá)683 m2·g-1)、孔隙結(jié)構(gòu)豐富，這些特點(diǎn)有利于電解質(zhì)的快速滲透，使電荷的儲(chǔ)存和輸送速率提高，同時(shí)，在充放電的過(guò)程中起到緩釋的作用。相比鉛蓄電池含有大量的鉛等重金屬，鎳鉻合金電池中含有對(duì)環(huán)境有害元素，木基超級(jí)電容器材料具有綠色無(wú)污染對(duì)環(huán)境無(wú)害、制作成本低、來(lái)源豐富等優(yōu)點(diǎn)。然而，木基超級(jí)電容器材料依然面臨一些問(wèn)題，比如，優(yōu)化電池組件的電極材料、隔膜和電解液之間的配置問(wèn)題，以及提高碳化木材與金屬鋰、鈉的界面相容性等問(wèn)題有待進(jìn)一步研究[50]。

2.4 疏水木基金屬?gòu)?fù)合材料性能研究

疏水材料表面具有超疏水性的組成與結(jié)構(gòu)[51](圖8)，構(gòu)建纖維素疏水材料和仿生疏水材料的方法較為常見(jiàn)，譬如，溶膠-凝膠法、水熱法、等離子體浸入、表面接枝共聚等(圖9)。木材表面疏水功能化修飾可賦予木材防水耐污、防病抗凍、自清潔等良好性能，實(shí)現(xiàn)了其在各領(lǐng)域廣泛應(yīng)用成為可能。

木材是由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素組成，3種成分均具有親水效果，其中木質(zhì)素可傳輸水分，使水分和養(yǎng)料能從根部輸送到高達(dá)幾十米的樹(shù)冠[52]。從自然界的“荷葉效應(yīng)”和“花瓣效應(yīng)”中受到啟發(fā)，采用仿生原理對(duì)木材進(jìn)行改性，提高木材的疏水能力。吳新宇等[53]將纖維素納米纖維(CNF)和納米二氧化鈦(TiO2)配置成疏水復(fù)合材料，按照一定比例添加到紫外光固化水性木器涂料中并涂覆到楊木表面，納米二氧化鈦在涂層表面的排列賦予膜微/納米級(jí)別的粗糙結(jié)構(gòu)，與涂層表面的-CH3疏水基團(tuán)協(xié)同作用，制備出了接觸角可達(dá)123.3°的涂層表面。鄧松林等[54]通過(guò)鋁箔紙模擬氣相輔助遷移制備杉木(Cunninghamialanceolata)，表面由不同尺寸的粒子在3D空間交錯(cuò)分布形成的微米/納米分級(jí)結(jié)構(gòu)，橫切面接觸角可達(dá)151.0°，且超疏水處理后的杉木順紋抗壓強(qiáng)度、橫紋抗壓彈性模量有所提升。高麗坤等[55]以木材為基質(zhì)，兩步水熱合成法，制備出微納米結(jié)構(gòu)的二氧化鈦和氧化亞銅復(fù)合薄膜，其接觸角可達(dá)120.1°，氟硅烷改性的TiO2/Cu2O復(fù)合薄膜負(fù)載的木材接觸角可達(dá)158.6°，達(dá)到超疏水材料的標(biāo)準(zhǔn)。

木材是一種天然高分子材料，具有豐富、精細(xì)、復(fù)雜、層級(jí)的解剖構(gòu)造，天然的微/納米級(jí)多孔結(jié)構(gòu)和豐富的活性基團(tuán)，超疏水性能是由微/納粗糙結(jié)構(gòu)和低表面能成分共同作用產(chǎn)生，這為超疏水木材的構(gòu)筑奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)和廣闊空間。木材自身的微/納米層級(jí)粗糙結(jié)構(gòu)以及豐富的羥基基團(tuán)使木材具備親水性能[56]，引入具有低表面能的活性單體，單體活性基團(tuán)與木材羥基發(fā)生反應(yīng)，從而將疏水端接枝到木材細(xì)胞壁上，實(shí)現(xiàn)木材的整體疏水化。同時(shí)，通過(guò)真空浸漬，使活性單體浸入木材內(nèi)部并與之發(fā)生反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)整體疏水[57]。

2.5 真空浸漬法制備木基金屬?gòu)?fù)合材料性能研究

利用真空浸漬法制備木材金屬?gòu)?fù)合材料，是采用納米金屬顆粒鹽以絡(luò)合物的形式與木材相結(jié)合，通過(guò)真空浸漬法將其導(dǎo)入木材內(nèi)部，賦予絕緣體木材導(dǎo)電性能，拓展其使用范圍，提高其應(yīng)用價(jià)值。李萍等[58]以硅酸鈉為浸漬改性劑，硫酸鹽、鈣鹽和磷酸鹽復(fù)配物為固化劑，對(duì)杉木進(jìn)行浸漬改性，經(jīng)過(guò)硅酸鹽浸漬改性后，改性杉木的密度、抗彎強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、三切面的硬度和耐水性能都顯著提高；賈煥亮等[59]將側(cè)鏈含有氯丙醇基的環(huán)氧改性聚酰胺多胺樹(shù)脂[60]與納米氧化鋁分散液復(fù)配，通過(guò)真空加壓浸漬的方法浸入木材單板中，再經(jīng)高溫干燥，得到一種環(huán)氧改進(jìn)聚酰胺樹(shù)脂/納米氧化鋁改性單板導(dǎo)熱系數(shù)、抗沖擊強(qiáng)度均有明顯提升。寧國(guó)艷[43]采用真空浸漬金屬絡(luò)合物改性木材，當(dāng)真空浸漬溫度為60 ℃，浸漬循環(huán)次數(shù)為5次，硫酸銅濃度為50 g·L-1時(shí)，金屬絡(luò)合物改性木材的體積電阻率最低，可達(dá)到3.023×103Ω·cm，導(dǎo)電性能良好。

3 結(jié)論

當(dāng)前，木材金屬?gòu)?fù)合材料主要應(yīng)用于電磁屏蔽領(lǐng)域。木材金屬?gòu)?fù)合材料電磁屏蔽效能在低頻段L波段(1～2 GHz)已經(jīng)可達(dá)90 dB以上，這是由于在低頻段電磁屏蔽主要依靠反射，電磁波頻率、復(fù)合材料表層的相對(duì)電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率與低頻段電磁屏蔽有較大關(guān)聯(lián)性。然而，在高頻段X波段(8～12 GHz)電磁屏蔽主要依靠吸收，電磁波頻率、屏蔽材料有效厚度和電導(dǎo)率與高頻段電磁屏蔽有直接的關(guān)系，大多數(shù)文獻(xiàn)中報(bào)道電磁屏蔽效能仍然停留在60 dB左右。采用化學(xué)鍍制備木材金屬?gòu)?fù)合材料，受還原劑濃度和主鹽濃度下降、pH隨時(shí)改變、鍍件表面和容器不清潔，或二次鍍時(shí)金屬顆粒脫落使鍍液中存在固體催化顆粒的影響導(dǎo)致鍍液不穩(wěn)定；其次，在化學(xué)鍍預(yù)處理活化階段會(huì)產(chǎn)生酸性或堿性廢液以及未反應(yīng)完全的化學(xué)鍍液；再者，構(gòu)建可控電磁梯度多層結(jié)構(gòu)Cu-Ni吸收和反射一體木質(zhì)復(fù)合材料是難點(diǎn)。

在今后的研究中，電磁可控木材金屬?gòu)?fù)合材料，可以作為獲得高吸收和低反射一體的木材金屬?gòu)?fù)合材料的研究方向，仍需加強(qiáng)以下工作。

通過(guò)木材表面不同金屬的沉積順序和沉積時(shí)間制備可控電磁梯度的復(fù)合磁性材料，增大電磁波吸收能力從而提高木材金屬?gòu)?fù)合材料的電磁屏蔽效能；木材金屬?gòu)?fù)合材料制備過(guò)程中添加納米磁性納米粒子Fe3O4@GO復(fù)合物，鑒于化學(xué)鍍Cu和化學(xué)鍍Ni的不同沉積速率，合理設(shè)計(jì)出電磁梯度結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)穿透電磁波的分級(jí)吸收；針對(duì)化學(xué)鍍液不穩(wěn)定的問(wèn)題，可以考慮通過(guò)探究添加絡(luò)合劑減少還原劑的自然分解，或者通過(guò)添加稀土離子降低鍍液中部分非離子元素的活性來(lái)增加鍍液的穩(wěn)定性；制備磁性棒狀中空光催化劑，經(jīng)光催化反應(yīng)降解化學(xué)鍍廢液中重金屬離子(Cu2+和Ni2+)，使廢液達(dá)到可排放標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)綠色、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的理念。