真空/加压循环浸渍法制备磁性木材及相关性能研究
摘要：以FeCl 2 / FeCl 3 溶液在加压的环境下对杨木单板进行浸渍，在氨水中通过共沉淀法在杨木内部原位合成四氧化三铁纳米颗粒,制备磁性木材。运用扫描电镜和振动样品磁强计对木材表征以及电磁屏蔽性能进行分析，结果表明(________________)
随着科技水平的提高，诸如移动电话、局域网和家庭机器人等无线电子设备应用的快速增长，人们的日常生活和生产受到电磁系统所产生电磁波的影响日益严重，社会迫切地需求具有重量轻、厚度薄、有效频率宽、吸收能力强等特点的吸波装饰材料，我们把这种材料称为电磁波吸收材料，电磁波吸收材料是近年来广泛发展而且应用很广泛的功能性材料。
电磁屏蔽是利用屏蔽体阻止高频电磁场在空间传播的一种措施。当干扰频率在 10kHz 以上时，就要采用电磁屏蔽来抑制电磁波的干扰，当屏蔽材料在10kHz 以下时，可用静电屏蔽和磁屏蔽。采用低电阻率金属材料 ( 如铜和铝等 ) 作为屏蔽材料可以产生强感应电流，在屏蔽金属内形成与干扰电磁场反向的涡流，抵消部分原磁场， 阻止电磁场在空间的传播，起到很好的屏蔽效果。
电磁屏蔽材料产生电磁波吸收的机理有两大类：电波干涉和损耗吸收。干涉是指两个幅度相等（或相近）相位相反的两个电磁波相叠加而抵消，而绝大部分吸收材料都是损耗性的材料，是指在载体内渗入能产生损耗的物质——吸收剂。电磁屏蔽材料对电性能指标的测量主要是测量反射（吸收）特性以及它与频率的关系。
木材作为优良的传统结构材料，和钢铁、水泥、塑料等是社会发展不可或缺的重要基础原料，木材作为一种可再生且可自然降解的生物质资源，具有高强重比、令人亲近的颜色花纹以及易于加工成型等优点，广泛的应用在家具和装饰领域，吸引了诸多研究者的目光。近年来，为了提高木材的使用效能，拓展更宽的应用领域，人们利用多种物理、化学或者机械方法处理木材，消除了木材的固有缺陷或赋予 其某种新的特性，实现了木材资源的高性能化和高附加值化，如今，木基电磁屏蔽材料成为提高板材性能和附加值的热点方向之一。
早在1992年日本的岗英夫研究组就首先制备出了磁性木材 ，他们通过物理方法（浸渗、涂覆、填充等）把磁性材料复合到木材中制备出磁性木材，材料除具有磁特性外，还显示出低密度、湿度控制、声音吸收和电磁波吸收等特性，在吸波、电磁屏蔽、电子包装、特种装修等领域具有广泛的应用前景。磁性木材兼具有基本的木材属性和磁的特性，是一种新型的高附加值的生物质复合材料。
许多课题组通过化学镀以及直接金属网-木材复合等方法，制备得到了一批具有优良电磁波屏蔽性能的金属-生物质复合板材。但是，这些金属板材在应用上具有局限性，主要体现在：1.复合金属密度大、产品质量较重，失去了天然木材优越的强重比；2.产品耐候性以及耐化学腐蚀性较差；3.产品可塑性较差，质地坚硬较难加工成型；4.其电磁波吸收性能（强度以及针对波段）调节性较差，不能根据不同需求进行设计。磁性板材作为一种生物质复合材料，既保持了木材原有的纹理和低比重、容易加工成型等优点，还由于诸如四氧化三铁（Fe3O4）等磁性材料的加入而具有其他特殊的性质及应用。例如，Fe3O4作为一种同时具有介电损耗（magnetic loss）和磁损耗（dielectric loss）的典型磁介电材料，与木材复合形成磁性板材，其高电阻率和低成本的优点，使其逐渐成为一种极具吸引力的电磁波吸收材料。 目前的磁性板材制造工艺仍然停留在事先制备磁流体（即磁性纳米颗粒），再通过浸渍法、粉体法以及涂布法等将磁性纳米颗粒与木纤维或者实木板复合（苏初旺，陈义等，具有电磁屏蔽功能的复合纤维板及其制备方法，公开号：CN105082314A；蔡正杰，一种三明治复合材料板材及其制造方法，公开号：CN103144361A）。这些方法虽然都可以使得板材获得较好的磁特性，但同样在实际生产应用中具有一定的局限性，比如：1.前期工艺复杂，制造成本受磁性颗粒生产企业影响较大，且多涉及高温、高压等苛刻的制备条件；2.通过胶黏剂将木材与磁性纳米颗粒两种不同相直接胶黏形成磁性纤维板，其产品机械强度较差；3.磁性颗粒通过胶黏剂分散在木纤维周围，容易受胶黏剂影响而自身发生团聚，影响其在产品中的均匀分散，从而影响磁性纤维板不同部位的电磁波吸收性能的均一性。虽然已经有成果基于金属盐离子尺寸小、在木材中渗透性优于纳米颗粒的特点，使用盐溶液、碱溶液逐级浸渍，再原位化学合成的方法制备复合磁性木材（高洪林, 吴国元, 张艮林等. Fe3O4/木材复合材料的制备及磁性 [J]. 功能材料，2010，11:1900–1902；吴国元，高洪林，一种磁性木材的制备方法，公开号：CN101181791）,但是，目前对于可以应用于电磁波屏蔽领域的磁性木材尚没有一个切实可行的生产工艺。且对于实验室得到的磁性木材中磁性颗粒的微观分布规律对磁性木材磁性、介电性等性质的影响没有深入的研究。磁性板材的磁性特性直接影响到产品在磁热、电磁波吸收等方面的应用，也直接影响到这种制备工艺工业化生产的成本控制。因此，目前市场上较为迫切的需求一种磁性可控的磁性纤维板的制备方法，不仅保证制备得到的磁性纤维板具有木质板材本身的各种优点，还具有电磁波吸收以及磁热等磁学特性，同时实现产品磁性可以在一定程度上实现可控。
基于以上考虑，本毕业设计课题拟利用盐溶液相较于磁性颗粒更容易渗透入木材体内部的优点，通过循环真空/加压浸渍的方法将磁性材料前驱体以离子的形式渗透入木材中，再通过原位共沉淀合成的方法在木材体内形成磁性颗粒，从而达到制备磁性木材的目的。同时，在此基础上，研究制备得到的磁性木材的相关性能，特别是电磁波屏蔽性能。这是一种制备磁性可控的磁性纤维板的方法，不仅能保证制备得到的磁性木材具有原有基本的优越性能，还具有优良的电磁屏蔽和磁热的特性，同时在一定程度上可以实现控制产品的磁性，从而适用于不同的场合。
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