基于核磁共振技术的轻木木材中水分驰豫特性研究开题报告

1. 研究目的与意义

通过核磁共振技术基础知识和基本测量技术的学习，桉树木材构造特点的观察，掌握采用先进的低场NMR技术研究木材中水分分布规律的方法；通过轻木木材中水分驰豫特性研究，了解木材中水分分布和迁移规律，拓宽视野与知识面，促进木材干燥理论和技术研究的创新与发展。

2. 国内外研究现状分析

核磁共振(nuclearnlagneticresonance,简称nmr)是交变磁场与物质相互作用的一种物理现象.最旱十1946年被bloch和purcell等人用实验所证实。核磁共振的发现具有}分重要的意义.不仅为量子力学的提供了直接的验证.而且为多个学科领域的研究提供了一种不可或缺的分析与测量手段。

最初的核磁共振技术主要用于核物理方而，现今已经被化学，食品，医学，生物学，遗传学以及材料科等。国外已经早早展开nmr用于木材科学的研究，最早利用核磁共振技术来进行水分关系的研究为20世纪50年代末日本学者akiraodajima（1959）对木材纤维素纸张不同含水率状态进行下理化性能的分析。由于水分对木材而言是影响最大的因素，所以在早期科研人员将工作的重点主要放在利用nmr技术研究木材和水分的关系上。carles（1973）等对利用nmr对木材结合水含量进行了估算。sharp（1978）等利用脉冲核磁共振技术（p-nmr）对糖槭和云杉边材的水分状态进行了研究，首次将自由衰减感应信号（fid）和木材含水率建立了关系，在此基础上riggin（1979）等使用脉冲nmr并且采用cpmg序列，测量了含水率5%~176%的云杉木材横向弛豫时间t2，对自旋回波信号进行分析，并且说明可以用nmr来测量木材的纤维饱和点。flibotte等（1990）对西部红杉心、边材，幼龄材以及幼龄材腐朽部位进行了研究。araujo（1992）采用两种新的nmr技术弛豫谱和弛豫选择成像，以云杉心边材、初期腐朽心材、应压木及幼龄材为研究对象，对不同试材中水分状态进行了详细的研究，说明t2是较好的评价指标。nicole（2002）等利用低场nmr对海岸松木材水分含量和分布状态以及其内含物进行了分析。g.almeida等人（2007）选择三种阔叶树材刺槐、糖槭和山毛榉作为研究对象，对其不同平衡含水率状态下木材内水分状态组成作了较为详细的研究。hygesen（2008）通过对比不同含水率状态下经化学改性处理和未经处理的云杉材t2的变化，根据t2的变化反映出化学改性对木材吸湿性的改变。

国内目前还处于探索实验的阶段，并没有成为工业主流的生产手段。根据磁场的不同通常分为高场与低场两种。目前已经展开的实验及探索有：东北林业大学刘贵生段新方（1996）关于1h,13cnmr光谱在木素化学研究中的应用，北京林业大学的梅超群（2009）等人所做的核磁共振波谱在木材改性中的应用等，都是从木材内部各成分分布入手，详细探测木材性能，了解以致改性提高各个性能的探索。而内蒙古农业大学的马大燕（2011）等人所做的核磁共振研究木材吸着过程中水分吸附机理，内蒙古大学的王喜明（2012）等人所做的利用低场核磁共振技术研究木材微波干燥过程中的水分状态与迁移，以及内蒙古大学的李超（2012）等人所做的利用核磁共振白由感应衰减曲线测定木材含水率，都是从木材内部的含水量及其分布入手，探索木材干燥过程中水分的变化，从而有效预防或解决木材表裂断裂等干燥过程中会出现的问题。还有具体到树种的木素分布研究，比如中国林业科学研究院术材工业研究所的秦特夫（2012）等人杉木幼龄材与成熟材木质素的化学官能团和化学键特征研究。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：通过核磁共振技术基础知识和基本测量技术的学习，轻木材构造特点的观察，掌握采用先进的低场nmr技术研究木材中水分分布规律的方法；通过桉树木材中水分驰豫特性研究，了解木材中水分分布和迁移规律。

实验器材：核磁共振分析仪（23mhz,0.55t），调温调湿箱，压力罐，显微镜等。

实验对象：顺纹方向20mm，切面10mm10mm的轻木木块。

4. 研究创新点

核磁共振作为分析水分状态的新兴技术，通过低场质子核磁共振(H一NMR)中的弛豫时间的测定，可以描述水分子的运动情况及其存在状态。目前木材领域正逐渐应用核磁共振技术，但由于针叶材中树脂对核磁共振信号的影响，大多进行阔叶材吸湿性的弛豫时间T变化，水分存在状态和T分布规律，木材含水率与核磁共振FID信号关系等方面。