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近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書宏院士團(tuán)隊通過深入解析生物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)，提出了一種利用生物質(zhì)天然納米結(jié)構(gòu)的全新的生物質(zhì)表面納米化策略，基于這種策略構(gòu)筑了一種可持續(xù)新型各向同性仿生木材（“RGI-wood”）。該策略巧妙地利用了木屑等生物質(zhì)中天然的纖維素納米纖維，將其暴露在木屑顆粒表面，并使其互相交聯(lián)從而構(gòu)筑無需任何粘合劑的高性能人造木材。運(yùn)用這種策略所制備的人造木材在各方向上具有相同的力學(xué)強(qiáng)度，且超越了實木材和傳統(tǒng)人造板。這種新型人造木材自下而上的制備方式使其在尺寸上將不受限制，可以克服大塊實木材料的稀缺性，大大拓寬了這類木質(zhì)材料的應(yīng)用范圍。另外，其還表現(xiàn)出優(yōu)異的阻燃性性和防水性。在這種高性能人造木材中，微米級木屑顆粒的暴露著大量的納米尺度的纖維素纖維，這些納米纖維通過離子鍵、氫鍵、范德華力以及物理糾纏等相互作用結(jié)合在一起，微米級的木屑顆粒也被這些互相纏繞的納米纖維網(wǎng)絡(luò)緊密地結(jié)合一起形成高強(qiáng)度的致密結(jié)構(gòu)，而無需添加任何粘結(jié)劑。這種結(jié)構(gòu)特征帶來了高達(dá)170 MPa的各向同性抗彎強(qiáng)度和約10 GPa的彎曲模量，遠(yuǎn)超天然實木的力學(xué)強(qiáng)度。此外，新型人造木材還顯示出優(yōu)異的斷裂韌性，極限抗壓強(qiáng)度，硬度，抗沖擊性，尺寸穩(wěn)定性以及優(yōu)于天然木材的阻燃性。作為一種全生物基的環(huán)保材料，新型人造木材不僅不含任何粘結(jié)劑，還具有遠(yuǎn)超樹脂基材料和傳統(tǒng)塑料的力學(xué)性能，因此具有非常廣泛的應(yīng)用前景。 此外，這種由納米纖維構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)也為制備木基納米復(fù)合材料提供了一種新途徑。通過將碳納米管（CNT）摻入木屑顆粒間的納米網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，可以獲得導(dǎo)電智能人造木材，因碳納米管能夠在其中形成連續(xù)的三維網(wǎng)絡(luò)，因此其具有比傳統(tǒng)聚合物/碳納米管復(fù)合材料更好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)和更高電導(dǎo)率。基于這種智能人造木材的高導(dǎo)電性，它可以實現(xiàn)傳感、自發(fā)熱以及電磁屏蔽等多種應(yīng)用。這種智能人造木材表現(xiàn)出了出色的電磁屏蔽性能（X波段超過90 dB），可以滿足精密電子儀器屏蔽標(biāo)準(zhǔn)的要求。這種智能人造木材還可以在1.75 V低電壓下（約等于兩節(jié)五號電池的電壓）實現(xiàn)自發(fā)熱，可在5分鐘內(nèi)升至60攝氏度，這種在低電壓下即可自發(fā)熱木材可有效地確保自加熱設(shè)備的安全性，同時減少能耗。 這項研究提出了一種生物質(zhì)顆粒表面納米化方法和策略，可用于構(gòu)筑全生物質(zhì)，不含任何粘結(jié)劑，具有優(yōu)異的力學(xué)性能，可復(fù)合的新型人造木材。同時，這種全新的生物質(zhì)表面納米化策略也可以擴(kuò)展到其他生物質(zhì)（例如，樹葉、稻草和秸稈等），并可以實現(xiàn)多功能化，有望用于制造一系列綠色全生物質(zhì)的可持續(xù)結(jié)構(gòu)材料，將進(jìn)一步推動人造板行業(yè)向綠色、環(huán)保和低碳方向發(fā)展。

項目成果/簡介:近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書宏院士團(tuán)隊通過深入解析生物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)，提出了一種利用生物質(zhì)天然納米結(jié)構(gòu)的全新的生物質(zhì)表面納米化策略，基于這種策略構(gòu)筑了一種可持續(xù)新型各向同性仿生木材（“RGI-wood”）。該策略巧妙地利用了木屑等生物質(zhì)中天然的纖維素納米纖維，將其暴露在木屑顆粒表面，并使其互相交聯(lián)從而構(gòu)筑無需任何粘合劑的高性能人造木材。運(yùn)用這種策略所制備的人造木材在各方向上具有相同的力學(xué)強(qiáng)度，且超越了實木材和傳統(tǒng)人造板。這種新型人造木材自下而上的制備方式使其在尺寸上將不受限制，可以克服大塊實木材料的稀缺性，大大拓寬了這類木質(zhì)材料的應(yīng)用范圍。另外，其還表現(xiàn)出優(yōu)異的阻燃性性和防水性。在這種高性能人造木材中，微米級木屑顆粒的暴露著大量的納米尺度的纖維素纖維，這些納米纖維通過離子鍵、氫鍵、范德華力以及物理糾纏等相互作用結(jié)合在一起，微米級的木屑顆粒也被這些互相纏繞的納米纖維網(wǎng)絡(luò)緊密地結(jié)合一起形成高強(qiáng)度的致密結(jié)構(gòu)，而無需添加任何粘結(jié)劑。這種結(jié)構(gòu)特征帶來了高達(dá)170 MPa的各向同性抗彎強(qiáng)度和約10 GPa的彎曲模量，遠(yuǎn)超天然實木的力學(xué)強(qiáng)度。此外，新型人造木材還顯示出優(yōu)異的斷裂韌性，極限抗壓強(qiáng)度，硬度，抗沖擊性，尺寸穩(wěn)定性以及優(yōu)于天然木材的阻燃性。作為一種全生物基的環(huán)保材料，新型人造木材不僅不含任何粘結(jié)劑，還具有遠(yuǎn)超樹脂基材料和傳統(tǒng)塑料的力學(xué)性能，因此具有非常廣泛的應(yīng)用前景。 此外，這種由納米纖維構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)也為制備木基納米復(fù)合材料提供了一種新途徑。通過將碳納米管（CNT）摻入木屑顆粒間的納米網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，可以獲得導(dǎo)電智能人造木材，因碳納米管能夠在其中形成連續(xù)的三維網(wǎng)絡(luò)，因此其具有比傳統(tǒng)聚合物/碳納米管復(fù)合材料更好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)和更高電導(dǎo)率。基于這種智能人造木材的高導(dǎo)電性，它可以實現(xiàn)傳感、自發(fā)熱以及電磁屏蔽等多種應(yīng)用。這種智能人造木材表現(xiàn)出了出色的電磁屏蔽性能（X波段超過90 dB），可以滿足精密電子儀器屏蔽標(biāo)準(zhǔn)的要求。這種智能人造木材還可以在1.75 V低電壓下（約等于兩節(jié)五號電池的電壓）實現(xiàn)自發(fā)熱，可在5分鐘內(nèi)升至60攝氏度，這種在低電壓下即可自發(fā)熱木材可有效地確保自加熱設(shè)備的安全性，同時減少能耗。 這項研究提出了一種生物質(zhì)顆粒表面納米化方法和策略，可用于構(gòu)筑全生物質(zhì)，不含任何粘結(jié)劑，具有優(yōu)異的力學(xué)性能，可復(fù)合的新型人造木材。同時，這種全新的生物質(zhì)表面納米化策略也可以擴(kuò)展到其他生物質(zhì)（例如，樹葉、稻草和秸稈等），并可以實現(xiàn)多功能化，有望用于制造一系列綠色全生物質(zhì)的可持續(xù)結(jié)構(gòu)材料，將進(jìn)一步推動人造板行業(yè)向綠色、環(huán)保和低碳方向發(fā)展。

薄形全采光高效自然通風(fēng)隔聲窗采用多層薄空腔微穿孔共振寬頻消聲結(jié)構(gòu)形成消聲 通道技術(shù)，內(nèi)不含任何傳統(tǒng)多孔纖維材料，不存在二次污染的問題，并解決了厚薄形透 明材料微孔加工的工藝問題；消聲通道安裝簡便，易于清洗更換；現(xiàn)場實測效果優(yōu)于現(xiàn) 市場上使用的通風(fēng)隔聲窗。

采用大石化乙烯產(chǎn)品鏈合成乙二醇的一種副產(chǎn)物二甘醇為原料，通過采用發(fā)明的高效催化劑體系聚對二氧環(huán)己酮(PPDO)具有優(yōu)良的生物相容性和生物降解性，同時又具有很高的強(qiáng)度和良好的韌性。本成果研究開發(fā)的PPDO不僅可應(yīng)用于可生物降解手術(shù)縫合線等醫(yī)用領(lǐng)域，而且可以用于其他一次性使用的塑料制品領(lǐng)域，特別是采用納米復(fù)合技術(shù)來制備新型的PPDO/ 納米復(fù)合材料，具有較高的熔體強(qiáng)度，容易吹塑成型，并且其膜制品具有較好的氣體阻隔性，可用于不同領(lǐng)域的一次性塑料制品。對于回收回來的廢棄PPDO產(chǎn)品，可以在簡單的條件下回收其聚合單體，回收率高達(dá)93-99%，并且回收的單體又可用于PPDO的聚合，可實現(xiàn)反復(fù)循環(huán)利用；對于不宜回收的應(yīng)用領(lǐng)域，PPDO又可完全生物降解。因此，PPDO是高分子家族中少有的既具有可完全生物降解性，又易于回收為單體的高分子品種，是一類真正的“綠色高分子材料”。本成果采用新的聚合方式和途徑獲得高分子量的 PPDO，使 PPDO 的成本成為目前完全生物降解聚合物中最具競爭力的品種之一。 PPDO塑料廢棄物的PDO單體回收率：≥93%，并且可以完全用于合成PPDO。 PPDO塑料制品的性能: 拉伸強(qiáng)度：30~60MPa，斷裂伸長率：300~600%，可完全生物降解。 PPDO塑料廢棄物的PDO單體回收率：≥93%，并且可以完全用于合成PPDO。 產(chǎn)品可應(yīng)用于生物醫(yī)用領(lǐng)域(手術(shù)縫合線、固定材料、藥物緩釋材料等)、一次性使用塑料產(chǎn)品（如垃圾袋、購物袋、快餐具等）。由于該產(chǎn)品易于回收單體和重復(fù)聚合利用，并且成本與普通塑料相當(dāng),因此PPDO的制品可望取代現(xiàn)有的一次性使用的既不能生物降解又不易回收單體進(jìn)行反復(fù)利用的領(lǐng)域塑料產(chǎn)品，是目前具有市場競爭力的環(huán)境友好一次性使用塑料產(chǎn)品，可創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)與社會效益。

該成果立足山東省建筑垃圾資源化處置的重大社會需求，歷經(jīng)十余年的產(chǎn)學(xué)研合作， 完成了廢棄混凝土資源化再生利用研究，涵蓋了再生粗、細(xì)骨料和微粉的制備以及在再 生混凝土、干混砂漿、透水磚、道路水穩(wěn)層、預(yù)制構(gòu)件中應(yīng)用，實現(xiàn)了廢棄混凝土的全 再生利用，既降低對生態(tài)的破壞也減少天然資源開采。該項目在濟(jì)南、青島、臨沂等地 實現(xiàn)了規(guī)模化推廣應(yīng)用，帶動了各地生態(tài)文明建設(shè)和“無廢城市”的政策出臺。

一、技術(shù)背景 東海近岸海域易受臺風(fēng)和風(fēng)暴潮等不利天氣的影響，故建設(shè)海洋牧場時需充分考慮人工魚礁的安全性。該海域傳統(tǒng)的人工魚礁投放以沉底式為主，在以軟相泥地為主的區(qū)域設(shè)置后往往會出現(xiàn)滑移、傾覆和掩埋的現(xiàn)象從而影響魚礁穩(wěn)定性和功能的持續(xù)發(fā)揮。此外，東海區(qū)海洋牧場基本以資源養(yǎng)護(hù)型為代表，幾乎沒有產(chǎn)業(yè)帶動能力。 在此背景下，設(shè)計一套既能抵抗強(qiáng)臺風(fēng)又能保證效能的魚礁系統(tǒng)顯得頗為重要，而融入產(chǎn)業(yè)服務(wù)功能又是維持海域海洋牧場活力的必由之路。為此，上海海洋大學(xué)海洋牧場工程研究中心設(shè)計團(tuán)隊經(jīng)過多年醞釀和探索性試驗，研發(fā)了一套抗風(fēng)浪全水層平臺礁系統(tǒng)構(gòu)建技術(shù)。 二、技術(shù)要素組成 抗風(fēng)浪全水層平臺礁系統(tǒng)由錨礁系統(tǒng)和臺礁系統(tǒng)兩部分組成。錨礁系統(tǒng)通過高強(qiáng)度纜繩連接底部魚礁和上層筏式構(gòu)件（圖1），形成浮式藻場的著生介質(zhì)系統(tǒng)。由表層大型天然海藻、養(yǎng)殖海藻和浮游植物共同構(gòu)成強(qiáng)大的固能傳質(zhì)網(wǎng)絡(luò)，為海洋牧場資源增殖打下基礎(chǔ)。   圖1 每20個錨礁構(gòu)成一個錨礁群（225m×25m）  錨礁系統(tǒng)中形成的能量和物質(zhì)將通過牧食和碎屑食物鏈從表層傳向底層，發(fā)揮海洋生物泵和表底層耦合的綜合效應(yīng)。在錨礁系統(tǒng)區(qū)形成的資源增量將通過大型平臺礁系統(tǒng)進(jìn)行回收利用（圖2）。 平臺礁由高強(qiáng)度鋼樁、魚礁底座、多層圓盤礁、柔性魚礁和上層鏤空廊道五大要素構(gòu)成（圖2）。首先根據(jù)地質(zhì)調(diào)查情況確定打樁的數(shù)量和深度。鋼樁設(shè)置好之后，在其上套入魚礁底座和圓盤礁，使底部周圍形成三型魚類活動的主要生息場。上層柔性魚礁可作為大型海藻附著基而用，從而增加上層水體空間異質(zhì)性，豐富微生境格局，為中上層附著生物和游泳生物提供棲息和攝食場所。最后設(shè)置上層廊道，為休閑海釣和海上觀光等產(chǎn)業(yè)活動的融入提供平臺。休閑海釣是牧場區(qū)魚類資源回收的主要方式，而企業(yè)承包錨礁系統(tǒng)是拓展其海水養(yǎng)殖的重要方式。由此，構(gòu)建出一套在東海區(qū)具有極大推廣價值的海洋牧場構(gòu)建模式（圖3）。   圖2 大型平臺礁系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)要素   圖3 錨礁系統(tǒng)和臺礁系統(tǒng)組合布置后的效果示意圖 三、技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn) （1）新的魚礁系統(tǒng)是以初級生產(chǎn)力調(diào)控為核心目標(biāo)，強(qiáng)化表層水體生物群落穩(wěn)定性、提升生物多樣性為重要目標(biāo)的全水層錨礁系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過功能型環(huán)保構(gòu)件的有機(jī)結(jié)合，營造大規(guī)模浮式藻場，形成餌料生物聚集區(qū)、幼魚庇護(hù)區(qū)、成魚育肥區(qū)和附著生物生長區(qū)；并通過生物泵作用影響調(diào)控底層水體的能流和物質(zhì)循環(huán)，為增殖底棲魚類和大型無脊椎動物、優(yōu)化其群落結(jié)構(gòu)創(chuàng)造條件。 （2）沉底魚礁的設(shè)計根據(jù)表層浮礁系統(tǒng)的物理特性和生態(tài)功能輻射效能，選用抗沉陷錨式魚礁和大型平臺礁。這兩種魚礁結(jié)構(gòu)均為首創(chuàng)，前者在發(fā)揮礁體本身對三型魚類聚集效果的基礎(chǔ)上，同時起到固定上層浮礁構(gòu)件的錨系作用；后者以鋼樁打底、嵌套分層固體構(gòu)件并環(huán)繞柔性構(gòu)件的方式，在中下層水體形成較大規(guī)模的底魚礁系統(tǒng)。這兩種魚礁系統(tǒng)的設(shè)計在工程上以安全和效率為核心，生態(tài)上以環(huán)保性和可持續(xù)性為原則，社會效益上以產(chǎn)業(yè)需求為導(dǎo)向，綜合構(gòu)建出適合東海區(qū)等高海況海域的全新海洋牧場建設(shè)模式。該模式的一大優(yōu)點(diǎn)是將魚礁易在淤泥底下陷的缺陷變?yōu)楣δ苄詢?yōu)勢，以臺礁方式避免礁體偏移走位，確保人工生境系統(tǒng)的穩(wěn)定性，無需進(jìn)行魚礁抗滑移傾覆方面的工程核算，提高了工程效率。 （3）以整體打樁方式進(jìn)行臺面立柱布局，礁體穿孔套入鋼樁，用熱鑄法固定圓形鋼板控制魚礁位置，兩層鋼板相隔1m，可控制組合魚礁底部的臺礁支腳插入底泥層1m左右。這種組合下可實現(xiàn)魚礁系統(tǒng)抵抗幾十年一遇的強(qiáng)臺風(fēng)，使之長時間發(fā)揮漁業(yè)資源養(yǎng)護(hù)和產(chǎn)業(yè)服務(wù)的功能。

該成果立足山東省建筑垃圾資源化處置的重大社會需求，歷經(jīng)十余年的產(chǎn)學(xué)研合作，完成了廢棄混凝土資源化再生利用研究，涵蓋了再生粗、細(xì)骨料和微粉的制備以及在再生混凝土、干混砂漿、透水磚、道路水穩(wěn)層、預(yù)制構(gòu)件中應(yīng)用，實現(xiàn)了廢棄混凝土的全再生利用，既降低對生態(tài)的破壞也減少天然資源開采。該項目在濟(jì)南、青島、臨沂等地實現(xiàn)了規(guī)模化推廣應(yīng)用，帶動了各地生態(tài)文明建設(shè)和“無廢城市”的政策出臺。

以鋼鐵企業(yè)增產(chǎn)和節(jié)能降耗為目標(biāo)，與沙鋼集團(tuán)進(jìn)行近10年持續(xù)的產(chǎn)學(xué)研合作，圍繞鋼鐵生產(chǎn)物料全流程跟蹤與優(yōu)化調(diào)度中關(guān)鍵技術(shù)問題開展研究。李奇教授團(tuán)隊先后承擔(dān)了江蘇省軟件專項項目“鋼鐵企業(yè)物料跟蹤與優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)”，江蘇省科技支撐計劃（工業(yè)部分）項目“基于多車間的生產(chǎn)管控與銷售集成一體化系統(tǒng)”等課題，以及多項企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新項目。

大型空分設(shè)備是利用氧、氮、氬組分沸點(diǎn)的不同在精餾塔中使氣、液接觸，進(jìn)行質(zhì)熱交換，從空氣中分離出氧、氮、氬和稀有氣體等產(chǎn)品。如何降低空分生產(chǎn)電耗、提高空分裝置運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和操作人員的操作水平一直是鋼鐵和化工行業(yè)關(guān)注的重要問題之一。所開發(fā)大型空分設(shè)備全工況模擬及操作仿真系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：提出了一種考慮主導(dǎo)產(chǎn)品地位的空分產(chǎn)品能耗分?jǐn)偙壤嬎惴椒ǎ鉀Q了國內(nèi)外長期以來由于氧、氮、氬互為副產(chǎn)品而帶來的單個產(chǎn)品能耗無法確定的問題；可進(jìn)行空分全工況的數(shù)值模擬計算和分析；實現(xiàn)了大型空分裝置的操作仿真，為空分設(shè)備的變工況運(yùn)行分析與預(yù)測、操作人員培訓(xùn)、事故與故障的再現(xiàn)分析、掌握設(shè)備運(yùn)行的極限操作參數(shù)提供平臺。該系統(tǒng)已在國內(nèi)眾多大中型企業(yè)得到推廣應(yīng)用。