利用随机分析对半导体材料在光电变形过程中的二维不确定性区间进行新方法估计

《Results in Engineering》：Novel Two-Dimensional Uncertainty Envelop Estimation Using Stochastic Analysis for the Semiconductor Materials During Opto-Electronic Deformation

本研究利用水解炭（HSCB）替代小麦面粉作为脲醛树脂（UF）胶粘剂的填充剂，制备了胶合板并评估其性能。结果表明，添加20% HSCB的胶粘剂初始粘度为1632 mPa·s，1800秒时粘度升至2609 mPa·s，表现出良好的涂覆性和预压性能。胶合板的干湿结合强度分别达到2.55 MPa和1.81 MPa，较对照组分别提高51.8%和92.5%。经35天老化后，甲醛释放量为2.1 mg/L，显著低于小麦面粉对照组。HSCB的孔隙结构和表面羟基使其与UF树脂形成强氢键作用，从而提升胶合板性能，同时减少粮食消耗并降低甲醛排放。

　　本研究聚焦于木制品工业中使用的尿素-甲醛（UF）胶粘剂，探讨如何通过引入一种新型填料——甘蔗渣水热炭（HSCB）来替代传统使用的小麦粉。这一探索旨在减少食品资源在工业中的消耗，同时提升胶粘剂的性能与木板的综合质量。随着社会经济的发展，建筑、家具和装饰行业对木制品的需求持续增长，而木板因其轻质、高强度、美观和成本低廉等优点，成为这些行业的重要材料之一。然而，传统木板生产过程中大量使用小麦粉作为填料，不仅增加了生产成本，还引发了对食品安全和资源可持续利用的担忧。因此，寻找一种可替代的填料成为当前研究的热点。

研究团队采用水热炭化技术将甘蔗渣转化为HSCB，这是一种具有丰富含氧官能团的材料，与小麦粉在结构上具有较高的相似性。HSCB的引入，使得胶粘剂的初始粘度和预压性能得到了显著改善。具体而言，当HSCB以20%的比例完全替代小麦粉作为UF胶粘剂的填料时，其初始粘度达到了1632 mPa·s，显示出良好的涂覆能力。在1800秒后，粘度进一步上升至2609 mPa·s，这表明其在木板组装过程中具有优异的预压性能。此外，使用含20% HSCB填料的改性UF胶粘剂（MDUF）制备的木板，其干态和湿态结合强度分别达到了2.55 MPa和1.81 MPa，比使用小麦粉作为填料的对照组木板分别提高了51.8%和92.5%。这些数据充分说明，HSCB作为胶粘剂填料在提升木板机械性能方面具有显著优势。

与此同时，HSCB的引入还对木板的甲醛释放量产生了积极影响。研究发现，使用20% HSCB填料的MDUF胶粘剂制备的木板，在第7天的甲醛释放量为8.4 mg/L，但在第35天时，这一数值下降至2.1 mg/L，降幅达75%。这一现象可能与HSCB的多孔结构有关，该结构能够促进甲醛的快速释放，从而在长期使用中降低甲醛排放量。此外，随着HSCB含量的增加，甲醛释放量的下降趋势更为明显，表明HSCB在减少木板甲醛排放方面具有巨大潜力。

在实际应用中，HSCB不仅能够满足木板生产过程中对胶粘剂粘度和预压性能的要求，还表现出良好的适配性。通过实验发现，HSCB的加入并未显著影响木板的结构完整性，且其与胶粘剂之间的相互作用增强了粘结性能。特别是在湿态条件下，HSCB填料的木板展现出比传统小麦粉填料更高的结合强度，这可能是由于HSCB表面丰富的羟基和氨基官能团能够与胶粘剂形成稳定的氢键网络，从而提升粘结效果。

从材料特性来看，HSCB具有与小麦粉相似的物理化学性质，包括表面富含羟基、颗粒尺寸适中以及良好的分散性。这些特性使得HSCB能够均匀分布在胶粘剂中，不会导致粘合层不均或预压性能下降的问题。此外，HSCB的制备过程利用了工业废料——甘蔗渣，这不仅降低了生产成本，还实现了农业废弃物的高附加值利用，对推动循环经济和可持续发展具有重要意义。

研究团队通过多种实验方法对HSCB及其改性胶粘剂进行了系统分析，包括X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、扫描电子显微镜（SEM）以及热重分析（TG）和差示扫描量热法（DSC）。这些分析手段揭示了HSCB的微观结构特征，如其表面丰富的官能团、多孔结构以及与胶粘剂的相互作用机制。同时，通过热分析，研究还评估了HSCB对胶粘剂热稳定性的影响，发现其能够显著提升胶粘剂的热稳定性，延缓热降解过程，并在较低温度下形成稳定的交联结构。

值得注意的是，HSCB的使用还展现出环境友好性。相较于传统填料，HSCB的引入不仅减少了对食品资源的依赖，还有效降低了最终产品中的甲醛排放。这一特性对于改善室内空气质量、减少对人类健康的潜在危害具有重要意义。此外，HSCB的多孔结构能够促进甲醛的快速释放，从而在长期使用中实现更安全的排放水平。例如，当HSCB含量为25%时，甲醛排放量已接近国家标准E1（≤1.5 mg/L）的要求，显示出其在环保性能方面的优势。

从实验结果来看，HSCB的引入不仅提升了胶粘剂的性能，还显著改善了木板的机械性能和环境性能。这一发现为木板工业提供了一种全新的填料选择，同时也为农业废弃物的资源化利用开辟了新的路径。研究团队认为，HSCB作为填料在木板生产中的应用，不仅能够满足工业化生产的高标准要求，还能在一定程度上缓解全球对粮食安全的关注，实现工业与农业的协同发展。

未来，研究团队计划进一步探索HSCB制备条件（如温度、时间、压力等）对其性能的影响，以优化生产流程并提高产品质量。同时，他们还将对HSCB填料的长期耐久性进行更全面的验证，并监测环境因素（如湿度、温度）对木板性能的影响。此外，研究团队还希望通过调整工艺参数，使HSCB填料的木板在甲醛排放方面进一步达到E1标准，从而推动其在更广泛范围内的应用。

综上所述，本研究为木板工业提供了一种以工业废料为原料的环保型填料解决方案，具有显著的工业应用潜力。HSCB不仅能够替代小麦粉作为胶粘剂填料，还能在提升木板性能的同时，减少对食品资源的依赖和降低甲醛排放。这种创新性的材料利用方式，不仅有助于实现资源的高效利用，也为木板行业提供了可持续发展的新思路。