Cellulose Nanocomposites pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:

作者:Oksman, Kristiina (EDT)/ Sain, Mohini (EDT)

出品人:

页数:288

译者:

出版时间:2006-6

价格:$ 174.59

装帧:

isbn号码:9780841239807

丛书系列:

图书标签:

Cellulose
Cellulose
Nanocomposites
Nanomaterials
Biomaterials
Polymer Science
Materials Science
Renewable Materials
Sustainable Materials
Nanotechnology
Composite Materials

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具体描述

The book will deal with new nanostructured composites, where both the reinforcement and the matrix are bio based. Cellulose combined with natural polymers led to the development of a new class of biodegradable and environmental friendly bionanocomposites. This new family of nanocomposites is expected to have remarkable improvement of material properties when compared with the matrix polymers or conventional micro- and macro-composite materials. Such improvements in properties typically include a higher modulus and strength, improved barrier properties, increased heat distortion temperature. This new class of renewable nanocomposites is expected to capture new market in transportation, medical and packaging applications. This book will include the raw materials which can be used for making these composites, separation/isolation technologies of cellulose based reinforcements from diverse natural resources and it will also include a brief overview of the recent advancements in the surface chemistry of nanocellulose. Characterization methods such as atomic force microscope (AFM), transmission electron microscope (TEM) and scanning electron microscope (SEM), Raman Spectroscopy, for the nano scale cellulose reinforcements and for the bio-nanocomposites will be discussed. Further, different processing methods for nanocomposites and their mechanical, thermal properties, barrier properties will be included. This will be the first book on the topic of cellulose based Nanocomposites! This is a relatively new research field and there are no books available on this topic. There is a growing interest on biopolymer based nanocomposites in developed and developing world (Japan, USA, Europe, China, South Africa, Australia) and especially if the nanocomposites are based totally on renewable raw materials. We can see several ongoing research projects on this topic in Europe and North America, and there is an emerging research trend for developing micro-and nano-fibre reinforced biopolymers.

纤维素基纳米复合材料：从基础到前沿应用本书导读：本书旨在全面、深入地探讨纤维素基纳米复合材料（Cellulose-based Nanocomposites）这一快速发展的研究领域。我们致力于为材料科学家、化学工程师、生物物理学家以及研究生提供一个结构清晰、内容前沿的参考指南，涵盖从基础理论到实际应用的各个层面。本书的重点在于揭示如何通过巧妙地结合天然可再生的纤维素纳米材料（如纳米纤维素晶体（CNC）、纳米纤维素原纤（CNF）以及衍生的氧化纤维素、磺化纤维素等）与各种聚合物基体，来设计和制备具有卓越机械、热学、阻隔和光学性能的新型生物基复合材料。第一章：纤维素纳米材料的提取、表征与改性本章聚焦于高性能复合材料的基石——纤维素纳米材料的制备技术。我们将详细阐述从木质纤维素、棉、藻类等生物质原料中高效提取纳米纤维素的多种物理、化学和酶法解离技术。重点讨论了机械研磨法、高压匀浆法、微流控技术在实现规模化生产中的挑战与机遇。在表征部分，我们将深入解析电子显微镜（SEM/TEM）、原子力显微镜（AFM）、X射线衍射（XRD）、拉曼光谱以及动态光散射（DLS）等关键技术在确定纳米纤维素的尺寸分布、结晶度、表面化学性质和分散状态中的应用。此外，有效的表面改性是实现纳米填料与聚合物基体良好界面相容性的关键。本章将系统介绍硅烷偶联剂、聚合物接枝、氧化反应（如TEMPO氧化）以及表面功能化策略，如何优化纳米纤维素的亲水性/疏水性平衡，从而改善其在不同聚合物体系中的分散均匀性，并提升复合材料的整体性能。第二章：基体材料的选择与界面科学复合材料的性能高度依赖于纳米填料与聚合物基体之间的相互作用。本章首先回顾了传统的热塑性聚合物（如聚乙烯、聚丙烯、PET、PLA）以及新型生物降解聚合物（如PHA、PCL）的特性。随后，我们将详细探讨纤维素纳米材料与这些基体相容性的内在机制。界面科学是本领域的核心挑战之一。我们将通过热力学理论和分子动力学模拟的结果，解释氢键、范德华力和共价键在纳米填料-聚合物界面处的贡献。对于高亲水性的纤维素纳米填料，本章将重点分析如何通过共混改性或原位聚合策略，有效减少水分对界面结合强度的削弱，确保机械性能的维持。第三章：制备技术与结构控制高质量的复合材料的制备需要精确控制纳米填料在基体中的分散状态和取向。本章全面梳理了用于制备纤维素基纳米复合材料的主要加工技术。熔融共混技术（Melt Blending）：讨论了双螺杆挤出机中剪切速率、温度梯度对纳米纤维素分散的影响，以及如何利用反应性挤出技术在挤出过程中实现原位接枝改性，以提高界面相容性。溶液/分散体系加工（Solution/Suspension Processing）：探讨了铸膜法、静电纺丝法（Electrospinning）和3D打印技术。特别关注静电纺丝过程中，高浓度的纤维素纳米分散液如何形成具有高度取向性的纳米纤维网络结构，从而赋予材料超高的拉伸强度。原位聚合技术（In-situ Polymerization）：介绍通过在纤维素纳米填料表面引发单体聚合的方法，实现填料与基体之间化学键合的策略，这对于提高复合材料的长期稳定性和机械韧性至关重要。第四章：机械性能的增强与韧化机制纤维素纳米材料以其极高的长径比和远超传统填料的杨氏模量，成为理想的增强剂。本章深入分析了纳米复合材料的力学行为。我们将使用基于纳米尺度的模型（如Halpin-Tsai方程的修正形式）来预测复合材料的模量和强度。重点讨论了以下几个方面： 1. 各向异性强化：分析在定向加工（如拉伸或挤出）下，纳米纤维素的取向对宏观机械性能（拉伸强度、弯曲模量）的显著影响。 2. 韧性与强度平衡：纤维素纳米填料的加入常伴随脆性的增加。本章探讨了引入柔性链段或空心结构（如泡沫结构）来吸收能量，实现“超韧性”复合材料的设计策略。 3. 疲劳与蠕变性能：评估这些新型生物基材料在长期承载和循环应力下的稳定性，这对于结构应用至关重要。第五章：功能性复合材料：阻隔、光学与导电性纤维素基纳米复合材料的价值不仅在于结构增强，更在于其赋予基体的独特功能。气体与水蒸气阻隔性能：纤维素纳米片的片状结构（High Aspect Ratio Platelets）在聚合物基体中形成“迷宫效应”（Tortuous Path）。本章详细分析了片层浓度、厚度以及分散均匀性如何协同作用，显著降低氧气和水蒸气的渗透率，为开发高性能食品包装材料提供了理论基础。光学特性：探讨如何通过控制纳米纤维的排列和尺寸来调节材料的透明度和折射率，制备出具有优异光学清晰度的生物基透明薄膜。导电与压电功能化：介绍通过负载导电聚合物（如PEDOT:PSS）或碳纳米管、石墨烯片层等，将纤维素纳米复合材料转化为具有电学响应或传感潜力的智能材料。第六章：可持续性、生物降解性与前沿应用本书的最终章节聚焦于纤维素基纳米复合材料在环境友好型材料领域的广阔前景。我们将评估不同类型的纤维素基复合材料的生命周期评估（LCA），量化其相对于石油基材料的环境优势。讨论在水相、土壤中以及堆肥条件下的降解速率和机理。前沿应用部分将涵盖： 1. 生物医学工程：用于药物缓释载体、伤口敷料和组织工程支架，利用其良好的生物相容性。 2. 能源存储：作为高性能电池（如锂离子电池或超级电容器）的隔膜或电极材料。 3. 智能涂层与传感器：利用其可调谐的表面特性开发自修复涂层和高灵敏度化学传感器。结论与展望：本书总结了当前纤维素基纳米复合材料研究中的核心挑战，特别是规模化生产的经济性、界面控制的精确性以及长期环境稳定性。同时，我们对未来研究方向进行展望，强调多尺度模拟与先进制造技术的融合，以期推动这些可持续材料从实验室走向工业化应用。本书内容丰富、图表详尽，是理解和推进纤维素基纳米复合材料研究的必备参考书。