摘要：納米技術在木材工業(yè)中發(fā)展中占著很重要的地位，是木材科學界所關注的高新技術之一。將納米技術應用在木材上，對木材改性，保護等十分有效。納米技術作為一種發(fā)展速度較快的新興產(chǎn)業(yè)，有非常光明的前景。

1、納米材料與技術概要

(1)納米材料

納米(nm)是長度單位，1納米是10 －９ 米（十億分之一米），對宏觀物質(zhì)來說，納米是一個很小的單位，人的頭發(fā)絲的直徑一般為7000—8000nm，人體紅細胞的直徑一般為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；對于微觀物質(zhì)如原子、分子等以前用埃來表示，1埃相當于1個氫原子的直徑，1納米是10埃。

一般認為納米材料應該包括兩個基本條件：

（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特性。

納米材料的主要特性有：

（1）量子尺寸效應顯著；（2）較強的光致發(fā)光效應；（3）表面效應；（4）設計合成新材料；（5）具有無可比擬的力學性能；（6）良好的微波吸收性。

(2)納米技術

納米技術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發(fā)新產(chǎn)品的一門科學和技術。納米科學技術是以許多現(xiàn)代先進科學技術為基礎的科學技術，它是現(xiàn)代科學（混沌物理、量子力學、介觀物理、分子生物學）和現(xiàn)代技術（計算機技術、微電子和掃描隧道顯微鏡技術、核分析技術）結合的產(chǎn)物。

納米科技是包含納米材料、納米器件和對它們的檢測與表征等應用性很強的研究和技術領域。具體而言就是在納米尺度上原位研究各種納米結構的電、磁、光、熱、力學等特性；納米空間的化學過程、物理運輸過程以及原子、分子的排列、組裝與奇異物性的關系[1-2]。 2 納米技術的原理及特點

納米技術是科技發(fā)展的一個新型領域，它不僅僅是將加工和測量精度從微米級提高到納米級的問題，而是人類對自然的認識和改造方面，從宏觀領域到物理的微觀領域，深入了一個新的層次，即從微米層深入到分子、原子級的納米層次。

在深入到納米層次時，所面臨的決不是幾何上的“相似縮小”的問題，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，在工程科學中習以為常的歐幾里得幾何、牛頓力學、宏觀熱力學和電磁學都已不都正常描述納米級的工程現(xiàn)象和規(guī)律，而量子效應，物質(zhì)的波動特性和微觀漲落等已不是不可忽略的，甚至成為主導的因素。

納米技術及其在木材科學中的應用是木材科學界所關注的高新技術之一，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，從而達到制備高性能材料的目的

[3]。

3．木材科學中的納米材料

應用在木材中的納米材料主要有納米顆粒和納米復合材料。

(1)納米顆粒

納米顆粒又稱為超微粉或者納米粉末。這類材料的尺寸一般為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，又稱為介觀世界。它具有量子效應，小尺寸效應，表面效應和分形聚集特性等，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域，或根據(jù)納米顆粒的特性設計紫外反射涂層，紅外吸收涂層，微波隱身涂層以及其他納米功能涂層。因此從應用的角度上看，納米顆粒的概念應該為：物質(zhì)顆粒體積效應和表面效應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)：木材在高溫熱水中可迅速地水解為糖類[2，3]，如果進一步加熱糖，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，印刷和紡織等工業(yè)；而納米顆�？捎糜谡ㄋ帲瑥秃喜牧�，肥料，吸附材料等。

(2)木材納米復合材料

當今社會，木材納米復合材料應用非常廣泛，主要就納米復合材料本質(zhì)和研究技術給予分析。 納米復合材料的概念是指分散相尺寸有一維小于100nm的復合材料，納米復合材料與常規(guī)的無機填料/高分子材料復合體系不同，不是無機相與有機相的簡單混合，而是兩相在納米至亞微米尺寸范圍內(nèi)的復合，兩相界面間存在著較強或較弱的氫鍵和范德華力的等結合。 因此木材作為一種天然有機高分子材料與無機納米材料復合構成木質(zhì)基無機納米復合材料不僅要有納米材料的顆粒體積效應，表面效應等性質(zhì)，而且還要將無機物的剛性，尺寸穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性與木材的韌性，加工性，介電性以及獨特的環(huán)境學特性結合在一起，從而產(chǎn)生許多特異性能。

4.納米技術在木材工業(yè)中的應用情況和案例介紹

(1)納米技術在木材工業(yè)中的應用主要有:

[1]納米技術改變了木材的細胞結構并控制細胞的生長，新的細胞和優(yōu)良的材種產(chǎn)生了。人們對木材的細胞結構、纖維的構造和材種的分類將有一個新的認識和新的觀念。木纖維的定向重組技術將開發(fā)出超高強度的纖維板。

[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，在細粉狀態(tài)下進行木材液化，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)機械高得漿率制漿法可以得到完全實現(xiàn)，小造紙的污染問題得到很好解決。在紙漿中加入納米添加劑生產(chǎn)出的紙張具有很強的抗靜電，紙的質(zhì)量明顯提高。

[4]在木質(zhì)復合材料中的應用。為了使木材和木材制品適應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木材材性進行化學性處理，制造新型復合木材。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)，以達到更高性能的木質(zhì)復合材料。

[5]在木材的無損檢測方面，由于生物傳感器和計算機圖像處理相結合，活立木的疾病診斷成為可能，并將及時的得到治療，拓寬了木材無損檢測的研究范圍。

(2)納米技術應用于木材工業(yè)兩個案例

[1]無機納米材料在木材環(huán)境學中的應用

無機納米材料對木材的改性可最大限度地保持木材的環(huán)境學特征。王西成等制備了無機納米復合木材，由于納米材料的小尺寸效應，納米材料滲入木材細胞壁中成核、長大、聚集，同時與纖維素等大分子發(fā)生作作用，成為細胞壁的組成部分，保持了細胞腔的毛細管系統(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)出很強的表面效應，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方法，在特定的表面上建造納米尺寸的、幾何形狀互補的界面結構，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，在宏觀表面上相當于有一層穩(wěn)定的氣體薄膜，這時水滴或油滴與界面的接觸角趨于最大值，使油或水無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]�？�以預見，利用超雙疏性納米材料技術處理的木材極大地提高木材的防水能力，無需再行處理，兼作木材表面的天然涂料，木材的尺寸穩(wěn)定性以及視覺特性、觸覺特性、調(diào)濕特性和空間聲學特性等與人類環(huán)境有關的應用特性必將大大增強，應用納米材料這方面的特性來提高木材的性能是很有意義的。

[2]納米技術的抗菌性能在木材防腐中的應用

對于木材的防腐處理，多年來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、有機錫化合物等。水溶性的防腐劑主要采用復合型如銅鉻砷（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)對人畜的健康和環(huán)境產(chǎn)生很多不利影響，愈來愈引起人們的重視，這類具有毒性且不抗流失的防腐劑必將停止使用，必將被新的、無毒人類和環(huán)境友好的高效防腐劑所替代。近年來利用納米TiO2 、ZnO等半導體光催化消除和降解污染物成為一個活躍的研究方向。TiO2作為抗菌材料具有化學性質(zhì)穩(wěn)定、難容、無毒，抗菌與殺菌力強和具有防霉效應，應用成本低等特點，能氧化大多數(shù)的有機污染物和部分無機污染物，將其進行光催化降解，最終生成無毒無味的CO2 、H2 O及一些簡單的無機物。因此納米材料對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用[4]。

5．納米技術在木材工業(yè)中的發(fā)展前景

我國木質(zhì)基復合材料面臨著巨大的發(fā)展機遇與挑戰(zhàn)。木基復合材料應以高科技為先導，加強科技創(chuàng)新，充分體現(xiàn)木質(zhì)材料工程的新的優(yōu)勢，達到充分合理利用，節(jié)約木材和擴大木材資源。木材科學與技術的研究開發(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，將納米科技引進到木材科學中極大的擴寬了木材科學的研究領域，促進與相關學科的交叉，外延與綜合，使研究深度從細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。