摘要：納米技術(shù)在木材工業(yè)中發(fā)展中占著很重要的地位，是木材科學(xué)界所關(guān)注的高新技術(shù)之一。將納米技術(shù)應(yīng)用在木材上，對(duì)木材改性，保護(hù)等十分有效。納米技術(shù)作為一種發(fā)展速度較快的新興產(chǎn)業(yè)，有非常光明的前景。
1、納米材料與技術(shù)概要
(1)納米材料
納米(nm)是長(zhǎng)度單位，1納米是10 －９ 米（十億分之一米），對(duì)宏觀物質(zhì)來(lái)說(shuō)，納米是一個(gè)很小的單位，人的頭發(fā)絲的直徑一般為7000—8000nm，人體紅細(xì)胞的直徑一般為3000-5000nm，病毒的直徑也在幾十至幾百納米大小，金屬的晶粒尺寸一般在微米量級(jí)；對(duì)于微觀物質(zhì)如原子、分子等以前用埃來(lái)表示，1埃相當(dāng)于1個(gè)氫原子的直徑，1納米是10埃。
一般認(rèn)為納米材料應(yīng)該包括兩個(gè)基本條件：
（1）材料的特征尺寸在1-100ｎｍ之間；（2）材料具有區(qū)別常規(guī)尺寸材料的一些特殊物理化學(xué)特性。
納米材料的主要特性有：
（1）量子尺寸效應(yīng)顯著；（2）較強(qiáng)的光致發(fā)光效應(yīng)；（3）表面效應(yīng)；（4）設(shè)計(jì)合成新材料；（5）具有無(wú)可比擬的力學(xué)性能；（6）良好的微波吸收性。
(2)納米技術(shù)
納米技術(shù)一般是指在納米尺度（0.1-100nm范圍）上研究物質(zhì)的特性和相互作用以及利用這些特性開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品的一門(mén)科學(xué)和技術(shù)。納米科學(xué)技術(shù)是以許多現(xiàn)代先進(jìn)科學(xué)技術(shù)為基礎(chǔ)的科學(xué)技術(shù)，它是現(xiàn)代科學(xué)（混沌物理、量子力學(xué)、介觀物理、分子生物學(xué)）和現(xiàn)代技術(shù)（計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子和掃描隧道顯微鏡技術(shù)、核分析技術(shù)）結(jié)合的產(chǎn)物。
納米科技是包含納米材料、納米器件和對(duì)它們的檢測(cè)與表征等應(yīng)用性很強(qiáng)的研究和技術(shù)領(lǐng)域。具體而言就是在納米尺度上原位研究各種納米結(jié)構(gòu)的電、磁、光、熱、力學(xué)等特性；納米空間的化學(xué)過(guò)程、物理運(yùn)輸過(guò)程以及原子、分子的排列、組裝與奇異物性的關(guān)系[1-2]。 2 納米技術(shù)的原理及特點(diǎn)
納米技術(shù)是科技發(fā)展的一個(gè)新型領(lǐng)域，它不僅僅是將加工和測(cè)量精度從微米級(jí)提高到納米級(jí)的問(wèn)題，而是人類(lèi)對(duì)自然的認(rèn)識(shí)和改造方面，從宏觀領(lǐng)域到物理的微觀領(lǐng)域，深入了一個(gè)新的層次，即從微米層深入到分子、原子級(jí)的納米層次。
在深入到納米層次時(shí)，所面臨的決不是幾何上的“相似縮小”的問(wèn)題，而是一系列新的現(xiàn)象和新的規(guī)律。在這納米層次上，也就是原子尺寸級(jí)別的層次上，一些宏觀的物理量，如彈性模量、密度、溫度等已要求重新定義，在工程科學(xué)中習(xí)以為常的歐幾里得幾何、牛頓力學(xué)、宏觀熱力學(xué)和電磁學(xué)都已不都正常描述納米級(jí)的工程現(xiàn)象和規(guī)律，而量子效應(yīng)，物質(zhì)的波動(dòng)特性和微觀漲落等已不是不可忽略的，甚至成為主導(dǎo)的因素。
納米技術(shù)及其在木材科學(xué)中的應(yīng)用是木材科學(xué)界所關(guān)注的高新技術(shù)之一，將納米粒子作為填料改性聚合物，使之體現(xiàn)納米材料和高聚物的雙重優(yōu)點(diǎn)，從而達(dá)到制備高性能材料的目的
[3]。
3．木材科學(xué)中的納米材料
應(yīng)用在木材中的納米材料主要有納米顆粒和納米復(fù)合材料。
(1)納米顆粒
納米顆粒又稱(chēng)為超微粉或者納米粉末。這類(lèi)材料的尺寸一般為1到100nm之間，是一種介于原子，分子與宏觀物質(zhì)之間，處于中間狀態(tài)的固體材料。納米材料的物理化學(xué)性質(zhì)既不同于微觀的原子，分子，也不同于宏觀物體，納米介于宏觀世界與宏觀世界之間，又稱(chēng)為介觀世界。它具有量子效應(yīng)，小尺寸效應(yīng)，表面效應(yīng)和分形聚集特性等，從而表現(xiàn)出許多特有的
性質(zhì)，可以用于光電磁敏感和催化等領(lǐng)域，或根據(jù)納米顆粒的特性設(shè)計(jì)紫外反射涂層，紅外吸收涂層，微波隱身涂層以及其他納米功能涂層。因此從應(yīng)用的角度上看，納米顆粒的概念應(yīng)該為：物質(zhì)顆粒體積效應(yīng)和表面效應(yīng)兩者之一顯著變化或者兩者都顯著出現(xiàn)的顆粒。
據(jù)研究發(fā)現(xiàn)：木材在高溫?zé)崴锌裳杆俚厮鉃樘穷?lèi)[2，3]，如果進(jìn)一步加熱糖，將分解為各種顏色的物質(zhì)，這些物質(zhì)在高溫下將聚合為納米顆粒。在不同的溫度和時(shí)間條件下冷卻，可得到顏料和納米顆粒。這些顏料可用于食品，繪畫(huà)，印刷和紡織等工業(yè)；而納米顆�？捎糜谡ㄋ�，復(fù)合材料，肥料，吸附材料等。
(2)木材納米復(fù)合材料
當(dāng)今社會(huì)，木材納米復(fù)合材料應(yīng)用非常廣泛，主要就納米復(fù)合材料本質(zhì)和研究技術(shù)給予分析。 納米復(fù)合材料的概念是指分散相尺寸有一維小于100nm的復(fù)合材料，納米復(fù)合材料與常規(guī)的無(wú)機(jī)填料/高分子材料復(fù)合體系不同，不是無(wú)機(jī)相與有機(jī)相的簡(jiǎn)單混合，而是兩相在納米至亞微米尺寸范圍內(nèi)的復(fù)合，兩相界面間存在著較強(qiáng)或較弱的氫鍵和范德華力的等結(jié)合。 因此木材作為一種天然有機(jī)高分子材料與無(wú)機(jī)納米材料復(fù)合構(gòu)成木質(zhì)基無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料不僅要有納米材料的顆粒體積效應(yīng)，表面效應(yīng)等性質(zhì)，而且還要將無(wú)機(jī)物的剛性，尺寸穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性與木材的韌性，加工性，介電性以及獨(dú)特的環(huán)境學(xué)特性結(jié)合在一起，從而產(chǎn)生許多特異性能。
4.納米技術(shù)在木材工業(yè)中的應(yīng)用情況和案例介紹
(1)納米技術(shù)在木材工業(yè)中的應(yīng)用主要有:
[1]納米技術(shù)改變了木材的細(xì)胞結(jié)構(gòu)并控制細(xì)胞的生長(zhǎng)，新的細(xì)胞和優(yōu)良的材種產(chǎn)生了。人們對(duì)木材的細(xì)胞結(jié)構(gòu)、纖維的構(gòu)造和材種的分類(lèi)將有一個(gè)新的認(rèn)識(shí)和新的觀念。木纖維的定向重組技術(shù)將開(kāi)發(fā)出超高強(qiáng)度的纖維板。
[2]木材在變成納米顆粒以后，木材的材性發(fā)生很大的改變，在細(xì)粉狀態(tài)下進(jìn)行木材液化，不僅環(huán)保而且成本低，使木材液化真正工業(yè)化。
[3]在造紙業(yè)機(jī)械高得漿率制漿法可以得到完全實(shí)現(xiàn)，小造紙的污染問(wèn)題得到很好解決。在紙漿中加入納米添加劑生產(chǎn)出的紙張具有很強(qiáng)的抗靜電，紙的質(zhì)量明顯提高。
[4]在木質(zhì)復(fù)合材料中的應(yīng)用。為了使木材和木材制品適應(yīng)某種需要或具有改良木材的某種特性，有必要選擇適宜方法對(duì)木材材性進(jìn)行化學(xué)性處理，制造新型復(fù)合木材。木材本身就存在各種空隙，將其它物質(zhì)的納米材料加入木材的空隙中，可以改善木材與其他材料的界面性質(zhì)，以達(dá)到更高性能的木質(zhì)復(fù)合材料。
[5]在木材的無(wú)損檢測(cè)方面，由于生物傳感器和計(jì)算機(jī)圖像處理相結(jié)合，活立木的疾病診斷成為可能，并將及時(shí)的得到治療，拓寬了木材無(wú)損檢測(cè)的研究范圍。
(2)納米技術(shù)應(yīng)用于木材工業(yè)兩個(gè)案例
[1]無(wú)機(jī)納米材料在木材環(huán)境學(xué)中的應(yīng)用
無(wú)機(jī)納米材料對(duì)木材的改性可最大限度地保持木材的環(huán)境學(xué)特征。王西成等制備了無(wú)機(jī)納米復(fù)合木材，由于納米材料的小尺寸效應(yīng)，納米材料滲入木材細(xì)胞壁中成核、長(zhǎng)大、聚集，同時(shí)與纖維素等大分子發(fā)生作作用，成為細(xì)胞壁的組成部分，保持了細(xì)胞腔的毛細(xì)管系統(tǒng)。 納米材料可制備特殊表面性能的木材，納米材料由于具有小的尺寸和較大的比表面積，在宏觀上表現(xiàn)出很強(qiáng)的表面效應(yīng)，利用納米材料的這種性質(zhì)，可以制備出超雙疏性界面物性材料。其基本原理是利用納米制備的化學(xué)方法，在特定的表面上建造納米尺寸的、幾何形狀互補(bǔ)的界面結(jié)構(gòu)，由于在納米尺寸范圍內(nèi)的低凹的表面張力可使吸附的氣體分子穩(wěn)定存在，在宏觀表面上相當(dāng)于有一層穩(wěn)定的氣體薄膜，這時(shí)水滴或油滴與界面的接觸角趨于最大值，使油或水無(wú)法與材料的表面直接接觸，從而使材料的表面呈現(xiàn)超常的雙疏性[9]�？�以預(yù)見(jiàn)，利用超雙疏性納米材料技術(shù)處理的木材極大地提高木材的防水能力，無(wú)需再行處理，兼作木材表面的天然涂料，木材的尺寸穩(wěn)定性以及視覺(jué)特性、觸覺(jué)特性、調(diào)濕特性和空間聲學(xué)特性等與人類(lèi)環(huán)境有關(guān)的應(yīng)用特性必將大大增強(qiáng)，應(yīng)用納米材料這方面的特性來(lái)提高木材的性能是很有意義的。
[2]納米技術(shù)的抗菌性能在木材防腐中的應(yīng)用
對(duì)于木材的防腐處理，多年來(lái)主要使用的防腐劑有油質(zhì)的煤雜酚油，油溶性主要是五氯苯酚、環(huán)烷酸銅、有機(jī)錫化合物等。水溶性的防腐劑主要采用復(fù)合型如銅鉻砷（CCA）、銅鉻硼（CCB）等十余種。這些傳統(tǒng)上使用的防腐劑依據(jù)其毒性對(duì)于防止微生物的危害雖然是有效的，然而這些毒性物質(zhì)對(duì)人畜的健康和環(huán)境產(chǎn)生很多不利影響，愈來(lái)愈引起人們的重視，這類(lèi)具有毒性且不抗流失的防腐劑必將停止使用，必將被新的、無(wú)毒人類(lèi)和環(huán)境友好的高效防腐劑所替代。近年來(lái)利用納米TiO2 、ZnO等半導(dǎo)體光催化消除和降解污染物成為一個(gè)活躍的研究方向。TiO2作為抗菌材料具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、難容、無(wú)毒，抗菌與殺菌力強(qiáng)和具有防霉效應(yīng)，應(yīng)用成本低等特點(diǎn)，能氧化大多數(shù)的有機(jī)污染物和部分無(wú)機(jī)污染物，將其進(jìn)行光催化降解，最終生成無(wú)毒無(wú)味的CO2 、H2 O及一些簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物。因此納米材料對(duì)木材的改性可能賦予木材防腐、殺菌、自清潔等方面的性能。
此外，納米材料在改善木材的耐候性和阻燃性方面也有很多應(yīng)用[4]。
5．納米技術(shù)在木材工業(yè)中的發(fā)展前景
我國(guó)木質(zhì)基復(fù)合材料面臨著巨大的發(fā)展機(jī)遇與挑戰(zhàn)。木基復(fù)合材料應(yīng)以高科技為先導(dǎo)，加強(qiáng)科技創(chuàng)新，充分體現(xiàn)木質(zhì)材料工程的新的優(yōu)勢(shì)，達(dá)到充分合理利用，節(jié)約木材和擴(kuò)大木材資源。木材科學(xué)與技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)將不但注重木材和木質(zhì)材料基本性質(zhì)的改變，還注重賦予新的功能，將納米科技引進(jìn)到木材科學(xué)中極大的擴(kuò)寬了木材科學(xué)的研究領(lǐng)域，促進(jìn)與相關(guān)學(xué)科的交叉，外延與綜合，使研究深度從細(xì)胞水平上升到分子水平，木質(zhì)基納米材料將被賦予新的功能[5]。
綜上所述，木材納米科技的產(chǎn)業(yè)化前景輝煌。
