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保护木材的新工艺可能比压力处理更具优势

压力处理(包括将木材放入加压的水密罐中并迫使化学品进入板中)已经使用了一个多世纪,以帮助防止真菌在潮湿环境中造成木材腐烂。

保护木材的新工艺可能比压力处理更具优势

现在,佐治亚理工学院的研究人员已经开发出一种新方法,该方法有一天可以取代传统的压力处理方法,从而使木材不仅具有抗真菌性,而且几乎不透水,并且具有更高的隔热性。

这项新方法将于2月13日在Langmuir期刊上发表,并由国防部,海湾研究计划和Westendorf本科研究基金共同赞助,涉及施加一层只有几个原子厚的金属氧化物保护层在木材的整个蜂窝结构中。

这种被称为原子层沉积的过程已经在制造用于计算机和手机的微电子学中频繁使用,但是现在正在探索将其用于木材等商品中的新应用。像压力处理一样,该过程在密闭的腔室中进行,但是在这种情况下,腔室处于​​低压状态,以帮助气体分子渗透到整个木材结构中。

材料科学与工程学院助理教授马克·洛斯戈(Mark Losego)表示:“将这种涂层应用于整个木材内部,而不仅仅是在表面上,这一点非常重要。” “木材的毛孔大约等于人发的宽度或稍小,我们将这些孔用作气体在木材结构中传播的途径。”

当气体分子沿着这些路径行进时,它们与孔的表面发生反应,从而在整个木材内部沉积出金属氧化物的保形,原子级涂层。结果是木材从其表面上流下了水,即使浸入水中也难以吸收水。

在他们的实验中,研究人员将成品松木2x4s切成一英寸的碎片。然后,他们测试了向木材中注入三种不同类型的金属氧化物:氧化钛,氧化铝和氧化锌。他们分别比较了将木材放在水中一段时间​​后的吸水率。在这三者中,氧化钛通过帮助木材吸收最少的水分而表现最佳。相比之下,未经处理的木材吸收的水分是原来的三倍。

佐治亚理工学院的研究生,论文的主要作者肖恩·格雷戈里说:“在我们尝试的三种化学方法中,氧化钛被证明是最有效的形成疏水性屏障的方法。” “我们推测这可能是因为二氧化钛的前体化学物质与毛孔表面的反应较不容易,因此更容易渗透到木材的毛孔深处。”

Losego说,在用于微电子设备的原子层沉积过程中也存在相同的现象。

Losego说:“已知这些相同的二氧化钛前体化学物质可以更好地渗透和共形涂覆微电子学中的复杂纳米结构,就像我们在木材中看到的那样。” “这些理解基本物理现象的共性,即使在看起来非常不同的系统中,也使科学如此优雅和强大。”

除了具有疏水性以外,用新的蒸汽处理工艺处理过的木材还可以抵抗霉菌,最终导致腐烂。

“有趣的是,当我们将这些砖块在潮湿的环境中放置几个​​月后,我们注意到经过氧化钛处理的砖块比未经处理的木材对霉菌生长的抵抗力要强得多。” “我们怀疑这与疏水性有关,尽管新处理过程可能还会产生其他化学效应,这可能也是造成这种后果的原因。我们希望在未来的研究中对此进行研究。”

新工艺的另一个好处是:与未处理的木材相比,蒸气处理的木材的导热性要低得多。

“很多的关注是支付房屋建筑到绝缘家庭的结构组件之间的腔体,但热损失的巨量是由造成木立柱自己,”香绮,在乔治·W·副教授伍德拉夫机械工程学院和该论文的合著者,具有热力系统专业知识。“用这种新工艺处理过的木材可以减少多达30%的导电性,这可以转化为每套住宅每年节省多达200万BTU的能源。”

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