纳米片复合材料的制备方法及改性方法和应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种WO3纳米片复合材料的制备方法及改性方法和应用。
【背景技术】
[0002]木材是一种轻质、纹理美观的可再生生物质材料，广泛应用于建筑、装饰和其他日常生活中。然而，木材同时有各种缺陷。例如，木材细胞壁含有大量的亲水基团，致使其低的尺寸稳定性。因此，许多研宄集中在木材的表面改性，尤其是无机化合物与木材表面的键合，使木材朝着智能响应等高端材料发展，引起了研宄者们极大的兴趣。
[0003]最近，有研宄报道具有不同纳米结构的三氧化钨具有优良的物理、光学和电学性能，在智能窗、气体传感器、显示器等方面发挥了特殊的智能功能。因此，许多方法用来制备三氧化钨薄膜，如溶胶-凝胶法、磁控溅射法，化学气相沉积法，水热法，阳极氧化法。其中水热法可以精确控制薄膜的微观结构而展现出极强的竞争力。Talebian等人发现在前驱体中异丙醇的含量可以有效地控制氧化锌纳米晶的成核和生长方向。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是要解决现有木材含有大量的亲水基团，尺寸稳定性低，不能在光响应领域和自清洁领域应用的问题，而提供一种木材/WO3纳米片复合材料的制备方法及改性方法和应用。
[0005]一种木材/胃03纳米片复合材料的制备方法，是按以下步骤完成的:
[0006]一、木材预处理:分别使用蒸馏水、丙酮和无水乙醇对木材单板进行超声清洗20min?30min，得到超声清洗后的木材单板；将超声清洗后的木材单板在温度为65°C?85°C下干燥12h?24h，得到处理后的木材单板；
[0007]二、制备木材/胃03纳米片复合材料:将Na 2W04.2H20溶解到前驱体溶液中，再使用质量分数为95%?98%的硫酸将前驱体溶液酸化至pH值为1.0?3.0，得到反应液；将处理后的木材单板和反应液加入到聚四氟乙烯内衬反应釜中，再将聚四氟乙烯内衬反应釜密封，再将密封的聚四氟乙烯内衬反应釜在温度为110°C?130°C下反应24h?48h，再将密封的聚四氟乙烯内衬反应釜冷却至室温，得到表面含有WO3纳米片的木材单板；分别使用无水乙醇和蒸馏水对表面含有胃03纳米片的木材单板清洗3次?5次，再将清洗后的表面含有WO3纳米片的木材单板在温度为60°C?90°C下干燥24h?36h，得到木材/WO 3纳米片复合材料；
[0008]步骤二中所述的前驱体溶液为质量分数为2%?40%的乙醇溶液；
[0009]步骤二中所述的Na2WO4.2H20的质量与前驱体溶液的体积比为(0.8g?
1.lg): 50mL ；
[0010]步骤二中所述的处理后的木材单板的表面积与反应液的体积比为(1mm2?15mm2):1mL0
[0011]一种木材/胃03纳米片复合材料的改性方法，是按以下步骤完成的:
[0012]将木材/WO3纳米片复合材料浸入到质量分数为2%的十八烷基三氯硅烷无水乙醇溶液中Ih?3h，得到十八烷基三氯硅烷浸泡后的木材/胃03纳米片复合材料；使用无水乙醇对十八烷基三氯硅烷浸泡后的木材/WO3纳米片复合材料清洗3次?5次，再在温度为40°C?50°C下干燥2h?4h，得到疏水的木材/WO3纳米片复合材料，即完成木材/WO 3纳米片复合材料的改性方法；
[0013]所述的木材/WO3纳米片复合材料的比表面积与质量分数为2%的十八烷基三氯硅烧无水乙醇溶液的体积比为(1mm2?15mm2): lmL。
[0014]一种木材/WO3纳米片复合材料作为光智能响应变色材料使用；使用方法为:使用紫外灯照射木材/WO3纳米片复合材料，该复合材料的颜色由灰白色变为蓝色。
[0015]本发明的优点:
[0016]一、本发明利用低温水热合成法在木材表面原位生长片状结构的WO3，此反应仅使用一种NaWO4.2H20物质，过程易于操作、成本低廉、形貌可控，制备的木材/胃03纳米片复合材料在紫外光照射下具有显著的变色功能，其色差AC值范围可以从4.13变化到高达11.38，赋予了木材“光响应”智能调节功能；使用十八烷基三氯硅烷无水乙醇溶液对木材/WO3纳米片复合材料进行改性后，此复合材料由超亲水转换为超疏水功能，拓展了此复合材料在自清洁领域的应用；
[0017]二、本发明制备的木材/WO3纳米片复合材料经过OTS改性后水接触角可达
152.7。。
[0018]本发明可获得木材/WO3纳米片复合材料。
【附图说明】
[0019]图1为试验一步骤一中处理后的桦木木材单板放大5000倍的SEM图；
[0020]图2为试验一步骤一中处理后的桦木木材单板放大20000倍的SEM图；
[0021]图3为对比试验中制备的木材/WO3纳米片复合材料放大5000倍的SEM图；
[0022]图4为对比试验中制备的木材/WO3纳米片复合材料放大20000倍的SEM图；
[0023]图5为试验一中制备的木材/WO3纳米片复合材料放大5000倍的SEM图；
[0024]图6为试验一中制备的木材/WO3纳米片复合材料放大20000倍的SEM图；
[0025]图7为试验二中制备的木材/WO3纳米片复合材料放大5000倍的SEM图；
[0026]图8为试验二中制备的木材/WO3纳米片复合材料放大20000倍的SEM图；
[0027]图9为试验三中制备的木材/WO3纳米片复合材料放大5000倍的SEM图；
[0028]图10为试验三中制备的木材/WO3纳米片复合材料放大20000倍的SEM图；
[0029]图11为试验四中制备的木材/WO3纳米片复合材料放大5000倍的SEM图；
[0030]图12为试验四中制备的木材/WO3纳米片复合材料放大20000倍的SEM图；
[0031]图13为试验五中制备的木材/WO3纳米片复合材料放大5000倍的SEM图；
[0032]图14为试验五中制备的木材/WO3纳米片复合材料放大20000倍的SEM图；
[0033]图15为试验一步骤一中处理后的桦木木材单板的EDS图；
[0034]图16为试验三中制备的木材/WO3纳米片复合材料的EDS图；
[0035]图17为X射线衍射图谱，图1中I为试验一步骤一中处理后的桦木木材单板的X射线衍射图谱，2为试验三中制备的木材/WO3纳米片复合材料的X射线衍射图谱，3为试验五中制备的木材/WO3纳米片复合材料的X射线衍射图谱，“ ★”代表木材纤维素相结构，“ ▼”代表WO3立方相结构；
[0036]图18为傅立叶变换红外光谱；如18中I为试验三中制备的木材/WO3纳米片复合材料的傅立叶变换红外光谱，2为试验一步骤一中处理后的桦木木材单板的傅立叶变换红外光谱；
[0037]图19为经紫外灯照射后复合膜的色差曲线；图19中I为试验一步骤一中处理后的桦木木材单板经紫外灯照射后复合膜的色差，2为试验三中制备的木材/WO3纳米片复合材料经紫外灯照射后复合膜的色差，3为试验五中制备的木材/胃03纳米片复合材料经紫外灯照射后复合膜的色差；
[0038]图20为试验一步骤一中处理后的桦木木材单板的水接触角图；
[0039]图21为对比试验中制备的木材/WO3纳米片复合材料的水接触角图；
[0040]图22为试验三中制备的木材/WO3纳米片复合材料的水接触角图；
[0041]图23为试验五中制备的木材/WO3纳米片复合材料的水接触角图；
[0042]图24为试验六中制备的改性桦木木材单板的水接触角图；
[0043]图25为试验七中制备的改性木材/WO3纳米片复合材料的水接触角图；
[0044]图26为试验八中制备的改性木材/WO3纳米片复合材料的水接触角图；
[0045]图27为试验九中制备的改性木材/WO3纳米片复合材料的水接触角图；
[0046]图28为水滴在试验八中制备的改性木材/胃03纳米片复合材料时的数码照片图。
【具体实施方式】
[0047]【具体实施方式】一:本实施方式是一种木材/胃03纳米片复合材料的制备方法，是按以下步骤完成的:
[0048]一、木材预处理:分别使用蒸馏水、丙酮和无水乙醇对木材单板进行超声清洗20min?30min，得到超声清洗后的木材单板；将超声清洗后的木材单板在温度为65°C?85°C下干燥12h?24h，得到处理后的木材单板；
[0049]二、制备木材/胃03纳米片复合材料:将Na 2W04.2H20溶解到前驱体溶液中，再使用质量分数为95%?98%的硫酸将前驱体溶液酸化至pH值为1.0?3.0，得到反应液；将处理后的木材单板和反应液加入到聚四氟乙烯内衬反应釜中，再将聚四氟乙烯内衬反应釜密封，再将密封的聚四氟乙烯内衬反应釜在温度为110°C?130°C下反应24h?48h，再将密封的聚四氟乙烯内衬反应釜冷却至室温，得到表面含有WO3纳米片的木材单板；分别使用无水乙醇和蒸馏水对表面含有胃03纳米片的木材单板清洗3次?5次，再将清洗后的表面含有WO3纳米片的木材单板在温度为60°C?90°C下干燥24h?36h，得到木材/WO 3纳米片复合材料；
[0050]步骤二中所述的前驱体溶液为质量分数为2%?40%的乙醇溶液；
[0051 ] 步骤二中所述的Na2WO4.2H20的质量与前驱体溶液的体积比为(0.8g?
1.lg): 5OmL ；
[0052]步骤二中所述的处理后的木材单板的表面积与反应液的体积比为(1mm2?15mm2):1mL0
[0053]本实施方式的优点:
[0054]本实施方式利用低温水热合成法在木材表面原位生长片状结构的WO3，此反应仅使用一种NaWO4.2H20物质，过程易于操作、成本低廉、形貌可控，制备的木材/胃03纳米片复合材料在紫外光照射下具有显著的变色功能，其色差AC值范围可以从4.13变化到高达
11.38，赋