基于层层自组装技术的碳点嵌入木质复合材料制备及其阻燃-疏水多功能特性研究

本文创新性地采用聚多巴胺(PDA)为粘合层，通过层层自组装(LBL)技术将氮硼掺杂碳点(N,B-CDs)与聚乙烯亚胺(PEI)复合到水曲柳木材中，成功制备出具有UL94 V-0级阻燃性能(LOI达37.4%)、热导率提升355%且疏水角达92°的多功能木材(PCPnW)。该研究为绿色建筑用木质材料提供了兼具高效阻燃、热管理及防潮性能的可持续解决方案。

　　

Highlight亮点聚焦

本研究通过精妙的层层自组装(Layer-by-Layer, LBL)技术，将带负电的氮硼掺杂碳点(N,B-CDs)与带正电的聚乙烯亚胺(PEI)像"分子乐高"般精准堆叠在木材表面，打造出"三合一"智能木材：

1. 1.

   超强防火盾：仅4层涂层就使极限氧指数(LOI)飙升至37.4%，燃烧测试中实现"自熄魔术"(UL94 V-0级)

2. 2.

   热量高速路：热导率暴增355%，让木材秒变"导热小能手"

3. 3.

   防水黑科技：疏水角达92°，水滴在表面跳"圆舞曲"

Materials材料大揭秘

实验选用中国东北特产水曲柳(Fraxinus mandshurica)为基材，搭配分子量10000的聚乙烯亚胺(PEI)和实验室自制的N,B-CDs。关键试剂包括三羟甲基氨基甲烷(Tris)和多巴胺盐酸盐(DA)——这些"分子建筑师"共同搭建了多功能涂层舞台。

Zeta电位分析电荷探秘

木材表面原本带负电，但经过聚多巴胺(PDA)涂层"粉刷"后华丽转身为+39.2 mV的正电表面。带负电的CDs(?22.3 mV)和正电PEI通过"静电引力之舞"实现精准自组装，这种"异性相吸"的原理被zeta电位测试完美捕捉。

Conclusion性能大爆发

PCP₄W在700°C时残炭量比天然木材(NW)提升17.7%，如同给木材穿上"陶瓷装甲"。锥形量热测试中，峰值热释放率(pHRR)等四大烟毒指标集体"跳水"——最高降幅达54.08%，堪称"烟雾净化师"。这项研究为碳中和建筑提供了"会呼吸的智能木材"新范式。