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突破传统 潜心木材科学研究——中国林业科学院木材工业研究所王小青副研究员

2014-12-24

王小青,男,1979年生,博士,副研究员,硕士生导师。2001年毕业于北京林业大学森林工业学院,20047月毕业于北京林业大学材料学院木材科学与技术专业并获工学硕士学位,20077月毕业于中国林业科学院木材工业研究所木材科学与技术专业并获工学博士学位。博士毕业后留在中国林科院木材工业研究所工作。2009年和2010年先后两次赴德国马普学会胶体与界面研究所做访问学者。20123月至20142月在瑞士联邦材料科学与技术研究所(EMPA)和瑞士联邦理工学院(ETH从事博士后研究。现为美国木材科学与技术学会(SWST)会员、国际木材解剖学会(IAWA)会员、中国林学会会员,国际期刊Wood Sci. Technol., Appl. Surf. Sci., Bioresources审稿人,国家自然科学基金同行评议专家。

王小青副研究员主要从事木质材料改性以及细胞壁结构与力学性能方面的研究工作。主持国家自然科学基金2项,中央公益性科研院所基本科研业务费专项资金2项,参加国家及省部级课题4项。在国内外学术刊物发表论文30篇,以第一作者或通讯作者在国际刊物J. R. Soc. Interface, Ann. Bot., Holzforschung, Wood Fiber Sci., Appl. Surf. Sci., J. Wood Sci., Ann. Forest Sci.等发表SCI论文13篇,单篇最高影响因子4.907,累计影响因子19.2192006年曾获茅以升科学技术奖-木材科技教育奖学金,多次荣获梁希青年论文奖,2011年荣获梁希林业科学技术一等奖,2012年荣获欧盟玛丽居里学者奖学金,2014年被评为第四届“中国林科院杰出青年”。

  突破传统研究手段,提出毛竹纤维细胞壁结构和力学适应性机制

与木材管胞不同,竹材纤维次生壁表现为厚薄交替的多壁层结构,这种复杂的壁层结构决定了其力学行为的特殊性。在国家自然科学基金的支持下,王小青副研究员与团队突破传统的研究方法,采用先进的激光共聚焦拉曼显微技术成功获得毛竹纤维细胞壁化学成分(纤维素、木质素)分布以及纤维素大分子取向信息,并采用纳米压痕仪测试了维管束纤维细胞壁力学性质。研究发现竹纤维细胞壁微纤丝基本沿纤维轴向取向,这使得细胞壁纵向弹性模量最大化,同时木质化增强了纤维横向的刚度,以此提出了竹材纤维细胞壁结构和力学适应性机制,从纳米尺度上解释了细长竹秆为何具有很强的抗弯能力,促进了对天然生物材料——竹材内在优化结构设计的认识,为定向制备高性能仿生新材料提供了理论依据。

2012年在英国皇家学会期刊Journal of the Royal Society Interface上发表研究成果Cell wall structure and formation of maturing fibres of moso bamboo (Phyllostachys pubescens) increase buckling resistance”后,近期王小青副研究员与瑞士联邦理工学(ETHIngo Burgert教授合作在毛竹纤维细胞壁结构和力学适应性机制研究方面再次取得重要进展,研究成果Plant material features responsible for bamboo‘s excellent mechanical performance: a comparison of tensile properties of bamboo and spruce at the tissue, fibre and cell wall levels”在线发表于权威植物学期刊Annals of Botany上。

该研究分别从组织、纤维及细胞壁水平研究毛竹(Phyllostachys pubescens)与欧洲云杉(Picea abies)力学性能、细胞壁纳米结构及化学组成的差异,从微观尺度揭示了竹子为何具有优良的拉伸性能,提出竹纤维多壁层结构的形成很可能是对竹子缺乏次生分生组织的一种结构补偿。该研究工作得到了欧盟玛丽居里学者奖学金和国家自然科学基金的支持。

超疏水木材的仿生制备与研究

针对传统化学改性木材难以抵御液态水侵入的问题以及化学试剂大量使用带来的环境污染问题,王小青团队基于“荷叶效应”仿生原理,提出采用溶胶凝胶技术(sol-gel process)在木材表面组装无机纳米(SiO2TiO2)疏水薄膜,构建微/纳米双重粗糙结构,最终在木材表面形成具有类似荷叶表面结构的超疏水薄膜,从而赋予木材超疏水性能。他们摸索了超疏水薄膜的最优制备工艺,研究了超疏水木材的形成及其疏水性能的调控机理,并评价了木材表面超疏水薄膜的稳定性和耐久性。相关研究成果发表在国际期刊Holzforschung, Wood Fiber Sci., Bioresources以及国内核心期刊《木材工业》。

初步探明竹材光变色机理

光变色老化是竹材或竹制品使用过程中的重要问题,它会导致竹材表面性状和品质劣化,从而降低竹制品的使用价值。王小青团队采用氙光衰减仪模拟太阳辐射对毛竹材进行光老化处理,并采用FT-IRFT-RamanXPS以及ESEM等先进手段研究竹材表面光老化过程中化学组成及解剖构造的变化,初步揭示了竹材光变色和光化降解的内在机制,研究结果对于竹材光变色的防治和色泽保护,实现竹材的高效利用具有一定的理论意义和实用价值。相关研究结果发表于国际期刊Appl. Surf. Sci., J. Wood Sci.以及《光谱学与光谱分析》等重要刊物上,并受到国际同行的关注,SCI引用26次。发表在J. Wood Sci.上的论文荣获了2010年度第三届梁希青年论文三等奖。

多年来,王小青副研究员在科研工作中严格遵守科研工作者的职业道德,坚持客观、诚实、理性的科学精神,实事求是,与时俱进。他在赴德国马普学会胶体与界面研究所生物材料部做访问学者以及在瑞士从事博士后研究期间,积极与国际木材科学领域知名专家开展合作研究,取得多项重要研究成果。此外,他曾多次参加国际学术交流,并在国内外重要学术会议作学术报告。他将青春献给自己钟爱的木材科研事业,用汗水和智慧书写了新一代木材科研工作者敬业奉献、开拓创新的精彩篇章。