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基于辐射制冷的全木质基叠层膜材料与其在建筑节能领域的应用研究

申报人：谢明君 申报日期：2025-01-06

基本情况

2025年批次
基于辐射制冷的全木质基叠层膜材料与其在建筑节能领域的应用研究 学生申报
创新训练项目
工学
材料类
学生来源于教师科研项目选题
一年期
本项目旨在探索废弃木料的组分选择性拆分和重组成膜过程中物相转化规律以及建筑制冷的调控机制，围绕全木质基叠层膜的制备、叠层界面的定向设计和协同强化建筑制冷等几个重要过程展开研究，以解决木质材料的辐射不稳定和波段选择性差的问题。通过叠层结构设计和表面性能优化，确立叠层界面特性、自清洁性能和双波段选择性的关联规律及其调控机制，建立全木质基叠层膜材料的建筑辐射制冷新方法。
无
1. 中国石化胜利油田重点科技攻关项目：高耐磨引黄轴流泵橡胶轴承的研制
2. 中国石油重大工业试验项目：丁基橡胶成套工业化技术开发 
导师对本项目给予经费支持与科学指导。
校级

项目成员

序号 学生 所属学院 专业 年级 项目中的分工 成员类型
谢明君 材料科学与工程学院 高分子材料与工程 2023 实验设计
陆芋升 材料科学与工程学院 高分子材料与工程 2023 数据分析
韦深 材料科学与工程学院 高分子材料与工程（创新班） 2023 数据收集
冯荣全 材料科学与工程学院 高分子材料与工程 2023 文献收集
黄深梅 材料科学与工程学院 高分子材料与工程 2023 实验操作

指导教师

序号 教师姓名 所属学院 是否企业导师 教师类型
李裕琪 材料科学与工程学院 否

立项依据

以废弃木料为原料，提取纤维素和木质素，构筑功能膜材料，发展废弃木料资源化的技术；利用界面组装技术，将纤维素和木质素重组，制备具有辐射制冷功能的叠层膜，发展全木质纤维素辐射制冷膜的按需构建技术；建立全木质基叠层膜材料的自清洁性能的调控和优化方法；建立和发展全木质基叠层膜材料在太阳辐射与中红外辐射双波段的测试和选择性调控的方法。
(1) 废弃木料的组分选择性拆分
以低品质废弃木料为原料，通过碱处理和氧化处理，提取高纯度纤维素、纤维素纳米晶和木质素。
(a) 生物质纤维素的提取：利用机械法将废弃木料粉碎，并分散在碱溶液中，获得粗纤维素。以亚氯酸钠为氧化剂、乙酸为缓冲液，将粗纤维进行氧化漂白处理，得生物质纤维素。重点研究实验条件和方法对生物质纤维素形貌和表面化学性能的影响，并利用现代表征技术，在分子水平上揭示废弃木料中纤维素结构转变规律。
(b) 木质素的提取：通过从除去纤维素和半纤维素的体系中沉淀木质素，探索实验过程对木质素纯度、提取率和色度的影响；利用现代表征技术，在分子水平上揭示废弃木料中木质素迁移规律；探究木质素的组成、微观结构与其色度间的构效关系；探究木质素的组成、结构与其光学性能间的影响机制和作用规律，指导提取过程，优化实验参数，获得最佳的浅色木质素提取工艺条件。
(2) 木质素和纤维素重组构建全木质基叠层膜材料
以生物质纤维素、木质素和纤维素纳米晶为原料，利用叠层技术将废弃木料中组分进行重组，制备建筑辐射制冷用木质素/生物质纤维素膜和全木质基叠层膜材料。
(a) 制备全木质基叠层膜：以木质素/纤维素为基膜，纤维素纳米晶为动态层，利用静电纺丝技术构筑全木质基叠层膜。探究实验方法与条件对全木质基叠层膜材料表界面微结构、形貌和太阳光吸收/反射率的影响。根据全木质基叠层膜的光学性能、机械性能、抗氧化性能和抗紫外性能等，优化全木质基叠层膜的化学组成、表观形貌、内部孔隙结构、厚度以及叠层界面微结构，确定废弃木料重组构建全木质基叠层膜的最佳工艺。
(b)、制备超疏水自清洁全木质基叠层膜材料：以硅烷偶联剂为改性剂，将低表面能基团接枝到叠层膜表面，以实现超疏水和自清洁性能。根据全木质基叠层膜材料的表面结构，研究表面改性过程对其界面结构、孔径、孔容、比表面积和表面化学性质的影响机制及其与多级多层次疏水界面转变的相关性，获得全木质基叠层膜材料的微结构与疏水界面行为的演变规律。
(3) 全木质基叠层膜材料的自清洁和辐射制冷性能调控与优化
 (a)、以提高全木质基叠层膜的自清洁性能为功能导向，研究叠层界面下的微结构和接枝官能团种类、数量和接枝方式与超疏水自清洁性能的关联及调控机制。研究表面接枝过程对叠层界面的表面粗糙度、化学组成、微结构和孔结构的影响。根据超浸润原理，探索超疏水界面下生物质纤维素、木质素和纤维素纳米晶之间的作用机制及相应的控制方法，并在此基础上研究提高全木质基叠层膜材料的自清洁的有效手段。
(b)、以提高全木质基叠层膜材料的辐射制冷性能为功能导向，中红外波段的红外辐射性能与太阳光波段的反射性能协同强化建筑制冷机制。探索叠层膜微结构、化学组成、界面特性与相互作用以及表面特性等与其中红外辐射性能（8~13 μm）以及太阳光反射/散射性能（0.3~2.5 μm）的关联与影响机制，确立叠层界面和双波段选择性之间的内在联系。研究微纳尺度下全木质纤维素辐射制冷膜的表面化学性质、微纳结构、辐射制冷与自清洁性能的关联规律及其调控机制。
(4) 建立全木质基叠层膜材料的建筑辐射制冷新方法
(a)、全面分析全木质基叠层膜材料的化学组成、结构特性、孔隙率和表面基团，明确木质素纤维素膜和全木质纤维素基叠层膜材料杂化界面和叠层界面的形成机制与调控规律。从全木质基叠层膜的超疏水性能和辐射制冷稳定性出发，探究影响自清洁、中红外波段的辐射性能和太阳光波段的反射性能的关键因素。重点考察使用过程中，太阳辐射强度、固体污染物和空气湿度等环境因素对全木质基叠层膜的物相组成、叠层界面结构、表面化学性质和孔结构的影响，建立和发展延长木质基叠层膜寿命的方法和调控机制。
(b)、基于分子动力学和辐射传热理论，模拟全木质基叠层膜的构筑和辐射传热过程，探索叠层膜的制备工艺、叠层结构、表面化学性质及表面耦合强度对建筑辐射制冷和自清洁性能的影响，确立全木质基叠层膜的制备工艺-化学组分-微结构-叠层界面-自清洁性能和双波段协同辐射制冷之间的关系，建立全木质基叠层膜材料的建筑辐射制冷新方法。 
作为四大建筑材料之一，木质材料因其质量轻、韧性好、来源广泛和环境友好等优点而广受关注，拥有广阔的市场需求。随着“双碳”目标的提出，我国对木质材料的市场需求呈现出稳步增长的态势。据统计，我国每年木材消费量达6.3亿立方米左右，其中，建筑行业的需求高达2.4亿立方米[1,2]。在向低碳经济过渡中，木质材料发挥着重要作用。这不仅因为木质材料具有巨大的碳储存能力，而且还可以通过扩大木制品使用来取代能耗高的建材。此外，在各种传统建材与现代技术相结合的过程中，木质材料所产生的有害物质最少，且与其它建筑废弃物相比，废弃木基建材对环境的危害也最小(见图1)。《林业产业发展“十四五”规划》和《促进绿色建材生产和应用行动方案》指出，大力发展林业产业可以促进可再生和可降解的木材资源利用，减少钢材、水泥等一次性资源消耗，实现绿色发展[3]。因此，开展木质材料的功能化及其在建筑节能领域的应用研究，对推动我国林业和建筑业的可持续发展具有重要的现实意义。
木质建材的大力发展使用意味着对林业资源更高的需求，但是我国林业资源匮乏，其发展速度和规模难以承载国民经济的高速发展。废弃木料是指林业生产和加工过程中产生的副产品以及在加工和消费中排放出的废弃物，是一种潜力巨大的生物质资源(见图1)[4]。据估算，我国每年废弃木料的数量巨大，其中加工剩余物约2800万吨，各类木制废弃物约6000万吨[5]。因此，资源化开发废弃木料有利于缓解林业资源短缺，对促进可持续发展和建设节约型社会具有重要意义。目前，对废弃木料利用方式主要包括以下几种：作为燃料直接燃烧利用、制成生物质型燃料、有氧发酵生产有机肥料、菌类培养基质或进行化工原料转化和生物质能源转化等[6-9]。但这些利用方式存在热能效率低，或者转化效率低下、转化成本高等问题。此外，刨花、碎木板、加工过的木片等可进入生产线，生产纤维板等人造板材或纸张的原料，不仅将废物得到了无害化利用，而且能减少树木的砍伐数量，但是其转化产品附加值有待提高[10,11]。在木质建材中，建筑节能是其追求目标，实现木质建材的节能化是一个重要的发展方向。
图1 木质建材的高市场需求及伴随之高产量废弃木料 
节能建筑在材料和技术上都有很多种实现方式，其中木质建材因其具有较高的碳储存能力和较低的导热率，在建筑领域具有良好的节能效果。如何将辐射制冷技术引入到木质建材上，同步实现辐射制冷和自清洁功能，是我国林业和建筑业中亟待解决的难题。近期马里兰大学的胡良兵课题组，提出了可直接用于建筑结构材料的“辐射制冷木”，是基于天然高分子木材通过去除木质素后多层热压形成。其内部分布着大量的纤维素纳米纤维，多尺度纤维和通道作为随机无序的散射元素对可见光产生强烈的反射，同时，基于纤维素自身的分子振动和拉伸使其在红外光谱中具有强烈的发射能力。作为结构材料，在兼顾制冷效果的前提下还具有高出天然木10倍的机械性能[12]。此外，Chen等人对制冷木做了类似研究，并通过表面处理，附加疏水及阻燃等其他功能[13]。然而，这种结构制冷木是作用于建筑整体，意味着对块体木材有高的需求量，加剧林业资源的负担。目前，利用现代科学技术实现木料废弃物回收再利用开发新型功能化建筑材料已有广泛研究，如基于林木废弃物的木基纤维保温材料、隔音材料等。因此，受“辐射制冷木”启发，利用废弃木料物构建木质辐射制冷膜材料用于建筑外墙体是一种行而有效的途径，有望实现建筑整体的制冷效果，对推动我国农林业和建筑业的可持续发展具有重要的经济价值和现实意义。
废弃木料就其化学成分而言是一类木质纤维素废弃物，主要成分包括纤维素、木质素和半纤维素。除半纤维素聚合度相对较低之外，纤维素和木质素都是聚合度高的天然的高分子聚合物，含有丰富的活性官能团，是优良的成膜材料。为使全木质纤维素膜具有所需的建筑辐射制冷性能，对于复合膜的结构和组成提出要求，需要通过结构与组成的设计与调控，使其获得高的太阳光的反射／散射效果及在大气窗口波段的高红外辐射率。纤维素分子中的C–O–C（1260~1110 cm−1）和C–OH（1239~1030 cm−1）分子振动和拉伸使其在8~13 μm大气窗口波段具有较强的红外发射能力(见图2)。同时，直径与太阳光谱（0.3~2.5 μm）相当的纤维素纳米纤维也可以作为有效的散射体，以实现高的太阳反射，增强白天的辐射制冷效果。除了纤维素自身的组成外，木质素含有更丰富的醚键，木质素与纤维素的复合组装在增强复合膜机械性能的同时，也能进一步增强大气窗口的红外辐射性能(见图2)。由于木质素具有良好的抗紫外性能，木质素与纤维素的复合膜在应用于建筑墙外体中将有效减缓太阳紫外辐照所造成的氧化、老化、光解等，进而延长使用寿命，节约维护成本。因此，如何通过结构设计和组分调控，使全木质纤维素辐射制冷膜对太阳辐射与中红外辐射双波段的选择性调控，是废弃木料应用于建筑辐射制冷的关键所在。 参考文献：
[1] Zhao Z, Guo Y, Zhu F, et al. Prediction of the impact of climate change on fast-growing timber trees in China[J]. Forest Ecology and Management, 2021,501: 119653.
[2] 蒋业恒, 高娜, 陈勇, 等. 中国木材进口需求材种结构数量关系分析[J]. 世界林业研究, 2021,34(02): 62-67.
[3] 劳万里, 段新芳, 吕斌, 等. 碳达峰碳中和目标下木材工业的发展路径分析[J]. 木材科学与技术, 2022,36(01): 87-91.
[4] Ince C, Tayançlı S, Derogar S. Recycling waste wood in cement mortars towards the regeneration of sustainable environment[J]. Construction and Building Materials, 2021,299: 123891.
[5] Zhao B, Li C, Chen Y, et al. Facile construction of Janus MXene/cellulose/ZnO membrane with EMI shielding property for on-demand personal thermal management[J]. Cellulose, 2023,30(8): 5171-5185..
[6] Baghbanzadeh M, Savage J, Balde H, et al. Enhancing hydrolysis and bio-methane generation of extruded lignocellulosic wood waste using microbial pre-treatment[J]. Renewable Energy, 2021,170: 438-448.
[7] Jeon J, Kim H-i, Park JH, et al. Evaluation of thermal properties and acetaldehyde adsorption performance of sustainable composites using waste wood and biochar[J]. Environmental Research, 2021,196: 110910.
[8] Chen Y, Dang B, Fu J, et al. Cellulose-Based Hybrid Structural Material for Radiative Cooling[J]. Nano Letters, 2021,21(1): 397-404.
[9] Pettersson M, Björnsson L, Börjesson P. Recycling of ash from co-incine
ration of waste wood and forest fuels: An overlooked challenge in a circular bioenergy system[J]. Biomass and Bioenergy, 2020,142: 105713.
[10] 高旭东, 亓燕然, 范吉龙,等. 重组木制造技术研究进展与展望[J]. 木材科学与技术, 2022,36(01): 22-28.
[11] 李坚, 甘文涛, 王立娟. 木材仿生智能材料研究进展[J]. 木材科学与技术, 2021,35(04): 1-14
[12] Chen Y, Zhang T, Li Y, et al. A cellulose-based membrane with temperature regulation and water transportation for thermal management applications[J]. Composites Science and Technology, 2023,243: 110243.
[13] Chen Y, Dang B, Fu J, et al. Cellulose-Based Hybrid Structural Material for Radiative Cooling[J]. Nano Letters, 2021,21(1): 397-404 
（1）创新点
突破了废弃木料难以资源化、建筑膜材料辐射制冷性能不稳定和波段不兼容的技术瓶颈，为全木质基叠层膜设计和建筑辐射制冷提供理论依据和试验资料，也为废弃木料资源化提供了新的思路。
（2）项目特色
瞄准建筑节能和废弃木料资源化的需求，从废弃木料的复杂微结构、组分及其化学状态出发，开发新型木质基建筑节能材料，揭示提高光/热转换性能的新机制，建立和发展废弃木料资源化的新方法。在微纳尺度下对建筑材料的微结构进行定向设计和辐射制冷性能进行有效控制。 
技术路线：
(1) 废弃木料的组分选择性拆分
(a) 纤维素的提取：收集到的刨花、锯末等废弃木料在使用前进行分拣清洗去除杂质，并进行机械粉碎以便于纤维素、木质素的提取。纤维素通常被包裹在木质素和半纤维素等基体物质中，需结合机械和化学法进行处理。先利用碱（如氢氧化钠、氢氧化钾）溶法对原料进行化学处理，在一定温度下碱煮实现预水解，去除半纤维素及部分木质素，在此基础上利用亚氯酸钠为氧化剂、乙酸为缓冲液，进行氧化漂白处理，得生物质纤维素 (见图3)。调控原料用量、固液比、浓度、反应温度、和反应时间等参数，得到不同尺寸、纯度、结晶度的生物质微纤及纳米纤维。利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和原子力显微镜(AFM)等技术观察材料的形貌和结构；通过X射线衍射仪(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、热重分析(TGA)等研究纳米纤维素的结晶度、纯度、热稳定性、侧链基团等，利用这些表征手段指导和优化纤维素的制备过程，实现按需提取。
图3 废弃木料的组分选择性拆分过程
(b) 浅色木质素的提取：从碱溶法除去纤维素和半纤维素的滤液体系中，利用无机酸（如盐酸）进行沉淀、并利用有机溶剂（苯、氯仿、环氧杂环己烷等）进行萃取抽提得到纯化碱木质素(见图3)，优先调整溶剂类型、溶剂浓度与配比、反应温度、时间、压力等反应条件。利用SEM、TEM、XRD、FT-IR、1HNMR及13CNMR核磁共振波谱分析、TGA和白度计等对木质素的形貌、结构、组成、纯度、热稳定性、白度等进行分析，结合UV-Vis光谱仪分析不同结构与组成的木质素的太阳光波段吸收与反射性能，探究制备方式和反应条件对木质素的尺寸、纯度、提取率、结构、成分、色度的影响，进而指导和优化浅色木质素的制备过程，实现按需提取。
(2) 木质素和纤维素重组构建全木质基叠层膜材料
以生物质纤维素、木质素和纤维素纳米晶为原料，利用叠层技术将废弃木料中组分重组，制备建筑辐射制冷用木质素/纤维素重组膜和全木质基叠层膜材料。
(a) 制备木质素/纤维素重组膜：以生物质纤维素和木质素为组装单元，利用组装技术构筑制备木质素/纤维素重组杂化膜(见图4)。将不同尺度的纤维素（包括微米级纤维、纳米级纤维、纳米晶）按一定的比例形成前驱体溶液，将一定尺寸、结构与组成的木质素通过共混浇铸法、浸渍复合法、木质素自组装并结合热压技术，得到重组木质素/纤维素杂化膜。以纤维素作为膜的支撑网络骨架，纳米级纤维素分散于骨架孔隙并通过控制其尺寸、浓度与配比实现骨架孔隙的有效调控，而木质素在重组膜中作为交联剂和改性剂，调控膜的结构与组成。优先调控木质素掺杂量和分散性、纤维素尺寸、木质素与纤维素配比、交联的温度、时间、及结合方式等反应条件。利用SEM、AFM观察重组膜的形貌、结构与粗糙度；利用多波长拉曼光谱(Raman)、FT-IR及XRD分析重组膜的化学组成、结构与键合情况等；利用电子万能试验机测量其机械性能；利用UV-Vis-NIR光谱仪测试的重组膜的太阳光吸收和反射及在大气窗口的红外发射等光学性能；根据重组杂化膜光学性能、机械性能和热稳定性，调控杂化膜的结构、组成、形貌、厚度、紧度、孔隙度和界面特性参数，筛选最佳制备工艺。
图4 木质素/纤维素重组复合膜的构筑示意图
(b) 制备全木质基叠层膜：以木质素/生物质纤维素为基膜，利用静电纺丝技术在基膜表面构筑电纺纤维素纳米纤维膜，得到全木质基叠层膜材料(见图5)。将纤维素纳米晶均匀分散于二元（如丙酮/水、DMF/丙酮等）纺丝溶剂中获得纺丝原液，优先调控纤维素的尺寸、浓度、溶剂组成、固液比、纺丝条件等关键参数，以构筑不同纤维直径、纤维随机堆积多层结构、孔隙及厚度的纤维素纳米纤维膜。利用SEM、AFM观察纤维素纳米纤维膜的纤维尺寸、形貌、结构与粗糙度；利用UV-Vis光谱仪分析上层纳米纤维膜的太阳光反射/散射性能，利用Mie理论计算了纤维素纳米纤维在太阳光谱中的散射效率与直径大小的函数关系，并探究纤维素纤维尺寸和纤维间孔隙所形成的无序光子结构、膜厚度与膜表面粗糙度对纤维膜在太阳光波段消光光程和反射率的作用规律，明确纤维素纳米纤维膜的纤维直径、多层堆积结构与厚度等关键参数，指导优化纤维素纳米纤维静电纺丝工艺。利用SEM、ATR-FTIR、X射线光电子能谱(XPS)分析叠层膜层界面的形貌、微结构、化学组成、界面相间渗透与融合情况等；利用电子万能试验机测量其机械性能；探究叠层膜的结构、组成、厚度、界面复合等与机械性能间的关联；利用UV-Vis-NIR光谱仪测试叠层膜在太阳光波段的反射/散射及在大气窗口的红外发射等光学性能。根据全木质基叠层膜的光学性能、机械性能和抗氧化性能，优化全木质基叠层膜的化学组成、表观形貌、内部孔隙结构、厚度和叠层界面微结构，筛选废弃木料构建重组全木质基叠层膜的最佳工艺。
图5 超疏水自清洁全木质基叠层膜材料的构筑过程示意图
(3) 全木质基叠层膜材料的自清洁和辐射制冷性能调控与优化
(a) 利用现代表征技术，研究表面接枝过程对叠层膜的表面微结构、粗糙度、化学组成、孔结构、层界面微结构与界面融合的影响，探索叠层膜表面微结构、接枝官能团种类、数量与超疏水自清洁性能的关联及调控机制(见图6)。探索超疏水功能化过程中生物质纤维素、木质素和纤维素纳米纤维之间的作用机制及重组膜和纤维素纳米纤维膜叠层界面间的融合情况，并在此基础上研究提高全木质基叠层膜材料疏水自清洁性能的有效手段。
图6 全木质基叠层膜结构和组成与双波段选择性之间的关系
(b) 利用现代表征技术，探究疏水全木质基叠层膜材料特征参数（各单侧膜的结构与组成、膜厚度、叠层膜界面组成与微结构、界面特性等）对太阳光波段的反射/散射及在大气窗口波段的红外辐射性能的影响，确立叠层膜的结构和组成与双波段选择性之间的内在联系；以模拟太阳光为热源，通过热红外成像仪观测表面的热量分布情况，探究叠层膜的结构与化学组成对疏水性能、光学性能、光热性能和制冷效果间的影响机制和调控规律。调节参数进一步强化辐射制冷性能的协同作用，明确双面协同作用下的光热转换和传递原理，实现有效的疏水自清洁叠层膜光热性能和辐射制冷调节机制，进一步指导和优化具有辐射制冷性能的全木质基叠层膜材料可控构筑技术。
(4) 建立全木质基叠层膜材料的建筑辐射制冷新方法
(a) 通过分析全木质基叠层膜材料的化学组成、表面基团、结构特性、孔隙结构和界面特性，明确木质素/纤维素重组膜的界面杂化、纤维素纳米纤维膜的复合以及全木质基叠层膜叠层界面的形成机制与调控规律(见图7)。探究全木质纤维素辐射制冷膜的化学性质和微/纳结构与其辐射制冷和自清洁性能的作用规律，明确影响自清洁、双波段选择性调控、光热辐射性能的关键因素。重点考察叠层膜材料使用过程中，太阳辐射强度、固体污染物、雨雪冲击和空气湿度等环境因素对全木质基叠层膜的物相组成、叠层界面结构、表面化学性质和孔结构的影响，发展延长木质基叠层膜寿命的方法和设计手段。
图7 全木质基叠层膜材料的建筑辐射制冷新方法
(b) 基于分子动力学和辐射传热理论，模拟全木质基叠层膜的构筑和光热转化过程。结合相关实验数据，探索叠层膜的制备工艺、叠层结构、界面融合和作用方式、表面化学性质及表面耦合强度对建筑辐射制冷和自清洁性能的影响；探究叠层膜叠层作用下的光热转化和传递规律，确立全木质基叠层膜的制备工艺-化学组分-微结构-叠层界面-自清洁性能和双波段协同辐射制冷之间的关系，进而明确影响材料辐射制冷效果的关键调控因素，建立全木基膜材料用于建筑辐射制冷理论模型，开发出面向建筑节能的废弃木料资源化构建辐射制冷全木质基叠层膜材料的新方法。 
1. 拟解决的科学问题：
（1）全木质纤维素辐射制冷膜的结构调控与叠层界面形成的规律，叠层界面和双波段选择性之间的内在联系；
（2）全木质纤维素辐射制冷膜的界面结构与自清洁性能之间的关联及调控机制；
（3）中红外波段的红外辐射性能与太阳光波段的反射性能协同强化建筑制冷机制；微纳尺度下，全木质纤维素辐射制冷膜的表面化学性质、微纳结构、辐射制冷与自清洁性能的关联规律及其调控机制。
2. 预期成果
（1）获得以废弃木料为原料，提取纤维素和木质素，构筑功能膜材料，发展废弃木料资源化的技术；
（2）建立和发展全木质基叠层膜材料在太阳辐射与中红外辐射双波段的测试和选择性调控的方法。
（3）发表论文1-3篇。 
（六） 项目研究进度安排
2024.12-2025.5
以低品质废弃木料为原料，通过碱处理和氧化处理，提取高纯度纤维素、纤维素纳米晶和木质素。
2025.6-2026.3
以生物质纤维素、木质素和纤维素纳米晶为原料，利用叠层技术将废弃木料中组分重组，制备建筑辐射制冷用木质素/纤维素重组膜和全木质基叠层膜材料。据研究内容发表论文1-2篇，参加一次学术会议
2026.4-2027.1
1、以提高全木质基叠层膜的自清洁性能为功能导向，研究叠层界面下的微结构和接枝官能团种类、数量和接枝方式与超疏水自清洁性能的关联及调控机制。研究表面接枝过程对叠层界面的表面粗糙度、化学组成、微结构和孔结构的影响。根据超浸润原理，探索超疏水界面下生物质纤维素、木质素和纤维素纳米晶之间的作用机制及相应的控制方法，并在此基础上研究提高全木质基叠层膜材料的自清洁的有效手段。
2、以提高全木质基叠层膜材料的辐射制冷性能为功能导向，中红外波段的红外辐射性能与太阳光波段的反射性能协同强化建筑制冷机制。探索叠层膜微结构、化学组成、界面特性与相互作用以及表面特性等与其中红外辐射性能（8~13 μm）以及太阳光反射/散射性能（0.3~2.5 μm）的关联与影响机制，确立叠层界面和双波段选择性之间的内在联系。研究微纳尺度下全木质纤维素辐射制冷膜的表面化学性质、微纳结构、辐射制冷与自清洁性能的关联规律及其调控机制。据研究内容发表论文1-2篇和参加一次学术会议
2027.1-2027.7
1、全面分析全木质基叠层膜材料的化学组成、结构特性、孔隙率和表面基团，明确木质素纤维素膜和全木质纤维素基叠层膜材料杂化界面和叠层界面的形成机制与调控规律。从全木质基叠层膜的超疏水性能和辐射制冷稳定性出发，探究影响自清洁、中红外波段的辐射性能和太阳光波段的反射性能的关键因素。重点考察使用过程中，太阳辐射强度、固体污染物和空气湿度等环境因素对全木质基叠层膜的物相组成、叠层界面结构、表面化学性质和孔结构的影响，建立和发展延长木质基叠层膜寿命的方法和调控机制。
2、基于分子动力学和辐射传热理论，模拟全木质基叠层膜的构筑和辐射传热过程，探索叠层膜的制备工艺、叠层结构、表面化学性质及表面耦合强度对建筑辐射制冷和自清洁性能的影响，确立全木质基叠层膜的制备工艺-化学组分-微结构-叠层界面-自清洁性能和双波段协同辐射制冷之间的关系，建立全木质基叠层膜材料的建筑辐射制冷新方法。据研究内容发表论文1-2篇、申请专利1-2项和参加一次学术会议以及项目总结 
1. 与本项目有关的研究积累和已取得的成绩
我们探讨了纤维素、木质素和全木质基叠层膜与波段选择性调控之间的关系。废弃木料就其化学成分而言是一类木质纤维素废弃物，主要成分包括纤维素、木质素和半纤维素。除半纤维素聚合度相对较低之外，纤维素和木质素都是聚合度高的天然的高分子聚合物，含有丰富的活性官能团，是优良的成膜材料。为使全木质纤维素膜具有所需的建筑辐射制冷性能，对于复合膜的结构和组成提出要求，需要通过结构与组成的设计与调控，使其获得高的太阳光的反射／散射效果及在大气窗口波段的高红外辐射率。纤维素分子中的C–O–C（1260~1110 cm−1）和C–OH（1239~1030 cm−1）分子振动和拉伸使其在8~13 μm大气窗口波段具有较强的红外发射能力。同时，直径与太阳光谱（0.3~2.5 μm）相当的纤维素纳米纤维也可以作为有效的散射体，以实现高的太阳反射，增强白天的辐射制冷效果。除了纤维素自身的组成外，木质素含有更丰富的醚键，木质素与纤维素的复合组装在增强复合膜机械性能的同时，也能进一步增强大气窗口的红外辐射性能
2. 已具备的条件，尚缺少的条件及解决方法
本项目依托单位桂林理工大学拥有“广西有色金属及特色材料加工重点实验室”省部共建国家重点实验室培育基地，“有色金属及材料加工新技术”教育部重点实验室和“新材料及其制备新技术”广西区重点实验室，“材料学”是自治区重点学科，拥有材料学博士点，是广西材料研究和开发的重要基地，拥有各种材料合成、成型加工、结构表征及性能测试的实验仪器和设备，基本满足本项目研究所需条件，为本项目的完成提供了强大的硬件支持。 
本项目依托单位桂林理工大学拥有“广西有色金属及特色材料加工重点实验室”省部共建国家重点实验室培育基地，“有色金属及材料加工新技术”教育部重点实验室和“新材料及其制备新技术”广西区重点实验室，“材料学”是自治区重点学科，拥有材料学博士点，是广西材料研究和开发的重要基地，拥有各种材料合成、成型加工、结构表征及性能测试的实验仪器和设备，基本满足本项目研究所需条件，为本项目的完成提供了强大的硬件支持。

经费预算

开支科目 预算经费（元） 主要用途 阶段下达经费计划（元）
前半阶段 后半阶段
预算经费总额 13000.00 无 6500.00 6500.00
1. 业务费 6000.00 无 3000.00 3000.00
（1）计算、分析、测试费 3000.00 用于数据计算、分析、验证 1500.00 1500.00
（2）能源动力费 800.00 能源使用 400.00 400.00
（3）会议、差旅费 0.00 无 0.00 0.00
（4）文献检索费 700.00 用于个平台文献检索 350.00 350.00
（5）论文出版费 1500.00 论文撰写及出版 750.00 750.00
2. 仪器设备购置费 4000.00 购买仪器等 2000.00 2000.00
3. 实验装置试制费 2000.00 测试仪器、试验装置 1000.00 1000.00
4. 材料费 1000.00 购买原材料等 500.00 500.00
结束

用户单位： 桂林理工大学        

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