木质材料是一种可再生的传统材料,具有质轻、强重比高、弹性好、耐冲击、易加工等优点。随着人口的增加、资源枯竭、生态环境破坏等因素的影响,优质木材资源逐步减少,成本大幅提高。低质人工林可缓解资源供应量不足,但速生材存在材质疏松、密度小、尺寸稳定性差、不耐腐等缺点。为达到低劣优用目的,功能改良是实现木质材料高效利用的重要手段。磁控溅射作为一种镀膜技术,其广泛应用在工业生产的各个领域。本论文通过这种成膜方法实现木质材料与金属、金属氧化物薄膜的物理粘附,利用各种手段,实现薄膜功能化,最终获得超疏水、超双疏、pH润湿响应、导电、力学等功能性质的木质基纳米复合材料。论文主要结果有以下几部分:(1)熟练掌握磁控溅射设备的操作方法,对溅射成膜机理、膜层的物理化学性质进行分析表征。结果表明:1)在竹材表面制备的Cu、Ni、Fe、Ti、Zn五种金属薄膜均呈现岛状生长模式,且膜层不均匀,有明显裂纹,Zn薄膜溅射颗粒尺寸最大。2)Fe薄膜以非晶态结构存在,Cu、Ni、Ti、Zn呈现多晶相结构,且显示一定择优取向。随着溅射功率的增大,中性金属粒子的活性增加,更易在基底扩散形成致密晶粒。3)尽管磁控溅射属于一种物理气相沉积,但溅射过程也属于一种弱等离子体环境,会使竹材表面官能团-CH活化,其在大气环境下更易被氧化。4)原子力显微镜测试的金属薄膜粗糙度从17.6-40.8nm不等,非接触3D形貌扫描测试的粗糙度为8.64-12.71μm,并且金属薄膜的接触角表面能低于素材。(2)利用微接触印刷,即将蘸有三氯化铁(FeCl3)溶液的聚二甲基硅氧烷(PDMS)盖印在竹材表面的Cu膜上,实现天然荷叶乳突结构的转印复型,探索不同浓度刻蚀液对晶体形貌以及结晶特性的影响。结果表明:1)不同浓度的FeC13溶液对刻蚀形貌有显著影响,在竹材的Cu膜表面复型大小完整、分布均匀的荷叶乳突结构适宜条件为:FeCl3溶液浓度30%,此时的竹基Cu纳米复合材料经低表面能物质的修饰接触角为152°,而素材仅为接触角44°。2)经过100次漏沙机械磨损,以及30～90℃摄氏度水中强磁力搅拌,其接触角变化不明显,依然维持在151°,同样经过6个月的耐候实验,接触角为147°。3)同样采用微接触印刷方法对玫瑰花瓣表面微纳结构转印复型,实际转印效果并不明显,这主要是由于其表面微纳结构致密度较大,纵向深度不明显,无法实现精确刻蚀,所以对于压印压力、时间、PDMS厚度等工艺参数还需后续探索。(3)配置氢氧化钠(NaOH)、过硫酸铵((NH4)2S2O8)的碱性混合溶液,采用碱性辅助氧化技术,在溅射有30μm厚Cu膜的竹材样品表面生长纳米针、纳米花等不同结构形貌的Cu(OH)2以及CuO纳米材料,并探讨生长机理。结果表明:1)经全氟癸酸改性后,接触角测试表明形貌对润湿性有显著影响。为达到超双疏目的,在竹材表面生长纳米材料形貌的适宜条件为:2.5MNaOH、0.12M(NH4)2S2O8、反应时间为10分钟,即可获得纳米针顶端生长纳米花瓣的复合结构,其对水的接触角达到154°、油的接触角152°。2)分析阐释无机纳米材料生长机理:多晶Cu(OH)2纳米线由定向附着演变成单晶Cu(OH)2核定为序列,随后单晶Cu(OH)2通过重建性转变为单晶CuO核定为序列,而CuO核定为序列再依次通过一维CuO纳米带,最后形成二维CuO纳米片状结构。一维到二维的过程是由于表面能和顺序性降低所引起的热力学造成的。而造成的这一原因主要是晶面间表面能的差别。3)漏沙磨损、砂纸磨损、指压法这三种机械稳定实验表明,样品可抵抗指压法、100次漏沙磨损实验,依然呈现超双疏状态。但无法抵抗砂纸磨损,即样品经过100g砝码负重砂纸滑行9cm距离,其表面对接触角呈现亲水、亲油的润湿特性,这主要是由于样品表面特殊凹角结构的剥离。4)磨损后样品重新经过碱性氧化可再次获得纳米针顶端生长纳米花瓣的复合结构。设计串联电路,万能表测量超双疏样品的电阻为15.2Q。(4)在木材横切面,利用细胞壁与细胞腔孔道结构,在其表面溅射生长Cu膜,考察溅射厚度对晶体形貌、表面粗糙度、润湿性的影响。结果表明:1)溅射厚度在30-150nm厚之间,不同形貌、均一度的Cu颗粒会在木材表面形成;表面形貌由微小颗粒逐步向微米尺寸的片状结构转变,直至最后形成相互粘连的Cu膜。而在木材横切面获得超疏水性质的最佳工艺参数:溅射50nm厚Cu膜,即表面生长均匀的垂直纳米片状结构,这种片状结构与木材孔道的结合可滞留更多空气,增加表面粗糙度,经全氟癸酸修饰后,其接触角可达154°。2)利用这种粗糙结构,经甲基硫醇、羧基硫醇的混合修饰,制备对酸液滴超疏、碱液滴超亲的pH响应润湿表面。并探讨甲基硫醇、羧基硫醇混合溶液浓度对润湿性的影响,最佳工艺参数:羧基硫醇占混合硫醇比例60%时,样品表面对酸碱的液滴的接触角差异最为明显,这主要是由于酸碱液滴在表面的去质子化作用。(5)制备不同厚度Ti薄膜的木基纳米复合材料,并对其力学性能深入分析,结果表明:1)素材模量33Mpa,溅射5μm厚Ti膜的木材其弹性模量达到41.5Mpa。分析阐释刚性机理:木材基底属于一种纤维素多晶体结构,当溅射的Ti原子沉积在木材基底时,会在晶界处形成共格晶面,由于共格晶面的边界能非常低,所以不会产生成较多边界,致使晶粒较大且不规则,易形成较大原子团簇,形成位错源,在样品受外力时形成错位,错位的堆积缠结,会制约下一个错位的发生,进而产生硬化效应。2)将溅射有金属薄膜的木材单板做为乒乓球拍底板的表层材料,由专业运动员试打,底板在回弹效率,回弹距离,手感等方面均体现较好效果。(6)将木材分别浸渍在配置不同溶液浓度的PDMS乙酸乙酯溶液中,并溅射不同厚度Cu膜,对制备的复合材料进行分析表征和性能测试。结果表明:PDMS的填充粘附会降低木材表面粗糙度,经3D非接触轮廓扫描测试,木材表面粗糙度由原来的7.9μm降至40nm。在粘附有PDMS的木材表面,采用直流磁控溅射的方式制备100nm-5μm不同厚度Cu膜。在粗糙度40nm的PDMS木材表面溅射5μm厚Cu膜时,其阻值最小达到0.5Ω。(7)在木材基底,采用射频溅射方式,制备CuO、Cu2O、W03、Mo03薄膜。从XRD结果来看,W03、Mo03薄膜均呈现非晶态,这是由于薄膜与木材衬底之间的晶格失配较大,要获得致密膜层还需后期退火处理。在无氧状态,溅射不同厚度的CuO薄膜,结果表明不同厚度薄膜均呈现混晶状态,当溅射薄膜厚度1OOnm时,呈现CuO择优生长、Cu掺杂的混合晶相结构,这主要由于CuO陶瓷靶的阴阳离子溅射产率不一样,会造成靶材O缺位,形成富Cu贫O的溅射环境。对于Cu20的薄膜制备,通入不同流量Ar以及O2进行,结果表明,当通入10sccmAr,1～2sccm O2,可制备单相Cu2O结构,当氧气流量3～4sccm O2时,生成CuO、Cu2O两相结构。