快乐科研 躬耕讲坛——记东北林业大学木材科学与工程系教授于海鹏

本刊记者 高慧娟

“木材具有奇妙的结构、独特的美感以及优越的材料特性。”在平常人眼里毫不起眼的木头，在于海鹏的心里却是“宝贝”。说起他的专业，这个年轻的学者话语中都是赞美，眼神里满是自豪。

年仅34岁的于海鹏，已是东北林业大学的教授、博士生导师。他笑称自己是“老东林人”，因为从18岁来到东北林业大学求学开始，他就再也没有离开过。16年过去了，如今的于海鹏已成长为一位意气风发的学者，在木材科学领域斩获了累累硕果；同时也是一位深受学生欢迎的老师，为木材学科培育了一批批优秀学子。

变废为宝创造高附加值产品

工业文明的发展，使人类面临的资源与生态危机愈演愈烈，而我国要在人均资源占有率低、生态环境脆弱和人力资源总体水平不高的国情下实现可持续发展，以推动科技创新驱动生物质产业的发展是解决问题的重要途径之一。

生物质是生命活动产生的天然有机物质，主要以木材、竹藤材、灌木、森林抚育和木材加工剩余物、农作物秸秆等形式存在。生物质废弃资源来源广阔、成本低廉，但传统利用方法多是将它们制造人造板和生物质复合材料，提高附加值一直是难点。于海鹏带领的课题组针对生物质细胞壁的层次结构、埃米级的纤维素分子层、纳米级的纤维素晶体超分子层、原纤超分子结构层和微原纤聚集体的纳米尺度特点，创新探索出分离制备高性能纤维素纳米纤维的技术体系。这个技术具有自主的知识产权，已获得3项国家发明专利授权，并且已和企业达成合作意愿，有望推向市场。

此外，在教育部新世纪优秀人才计划项目的支持下，于海鹏陆续展开基于纳米纤维素的导电聚合物复合材料、贵重纳米药物载体、生物保健材料、金属纳米材料合成模板等研究，为生物质资源的进一步高附加值利用提供科学基础。

“将来，化石资源枯竭后，生物质基的功能品将成为石油基化学品和煤基化学品的主要替代品。”正是基于这一认识，于海鹏非常关注生物质资源的开发利用，并会在将来开展更深入的研究。

纳米防护催生高性能木材

纳米技术发展的时间并不长，但却在方方面面得以应用，更是推动了科技的发展。在木材科学领域也不例外。木材作为一种对环境条件敏感的物质，生物学属性在利用中极易出现一些问题，如易吸湿变形、发霉、被腐蚀和虫蛀、光变色、老化开裂、燃烧等，为了获得稳定的和长久的使用效果，木材使用前必须进行适当的保护和改良处理。而大量研究表明无机纳米粒子特别是晶态纳米金属氧化物能够产生透光、增强、耐水、隔热、防火、杀菌、自洁等效果，可以运用到材料保护中。

于海鹏课题组从抑制生物质材料的固有缺陷、改善品质、提高性能和赋予新的功能出发，在国家自然科学基金项目“低温水热共溶剂法木材表面纳米晶层可控生长机制及功能效应”的支持下，进行了功能性生物质/无机纳米复合材料的基础理论和关键技术研究，攻克了生物质材料表面原位合成纳米TiO2、ZnO、SiO2、Mg(OH)2、CaCO3、Al2O3晶层的技术难题，实现了对木材表面所负载的无机矿物形貌、尺寸、晶型和生成量的调控。此外，以应用为导向，研究并解析了无机纳米晶层对改善木材性能的影响，使得木材的应用更稳定、空间更广阔。项目已获得2项国家发明专利授权，相关技术不仅在实验室可行，而且在工业上也容易实现，未来有可能取代木材有机浸渍改性而成为木材功能改良的新热点。

“从发展高性能、低成本的木材功能性改良方式和减少对环境污染的角度来看，木材的无机纳米防护和功能改良研究是重要发展方向之一。我们当前的任务就是努力实现纳米晶层的快速、有效和节能合成，使得该项研究未来更具应用空间。”对这个研究方向的发展，于海鹏同样充满了信心。

木质环境提高居住质量

人类自古就用木材来装点室内环境，制作室内用家具，提高居住环境的舒适性，对其开展研究有助于揭示木材具有优良环境学品质的深层次原因，为指导木材和木质材料在居住环境中的科学使用，进而为提高人类居住质量和健康水平提供科学依据。

于海鹏针对木材微观构造的自动定量求取问题，以数字图像处理结合二值形态学技术实现了木材解剖构造特征参数的高效测量、木材组织比量的计算机测量，进一步丰富了木材生长轮构造特征的机器视觉分析技术，该技术目前已取代传统测量方式被广泛使用到木材组织构造的检测与分析。

在国内率先尝试应用数字图像处理技术解决木材纹理定量化表征问题是另一个突出的创新点。他们定义了木材的纹理物理量，从空间域和频率域基于灰度共生矩阵、行程长度统计法、小波法、分形模型、Radon变换等综合分析了木材的纹理特征特点，构建出木材纹理特征参数体系，在此基础上研究了木材视觉物理量的影响规律和应用效果；针对木材树种检索和识别的技术需求，采用基于图像内容的CBIR技术，解决了适合木材特点的HSV非等间隔量化、特征向量提取与降维、关系数据库构建、相似性匹配、检索平台实现等技术难题，开发出木材图像自动检索系统。

此外，他们开展了木质环境学品质因子和建筑物理特性分析、对人体心理生理影响分析工作，采用心理生理学方法，动态监测人体的心率变异、脉搏、动态连续血压、脑电频率、体温等指标，其目的都是为了研究木材环境学品质与人体生理指标的影响变化规律，用优质的木质环境提高人们的居住质量。

三尺讲台培育创新人才

从2005年7月取得博士学位起，于海鹏就在东北林业大学木材科学与工程专业承担教学和教改工程任务。作为《木材学》国家级精品课程和《木制品生产工艺学》黑龙江省精品课程成员、“木材学系列课程”国家级教学团队核心成员、省级实验教学示范中心和教育部卓越工程师计划成员，他一直积极参与课程和团队的建设工作。

在课程讲授过程中，于海鹏注重积极扩展专题和实验内容，教学效果受到了研究生们的好评。例如在《木材物理学与检测技术》课程中侧重教学内容的更新与改革。授课过程中，考虑到学位课的基础性、系统性和专业性，在基础知识点方面注意与材料学、高分子科学、纳米科学与技术、材料分析技术等融合，积极学习不同学科的知识，并将学到的新知识运用到课程的辅助教学与研究之中，以不断发展木材科学的内涵和外延，带给研究生宽广的视野和知识面。

在《木材学》教学中注重教学方法和手段的灵活运用与结合。他认为，首先要具有先进的教学理念，从“以教师为中心”到“师生共同探索”，从“以教材为中心”到“教材和课外读物相辅”，从“以课堂为中心”到“课堂与实践并重”，从“以传授知识为中心”到“传授知识与培养能力并重”，“以学会为中心”到“以会学为中心”。其次，要具有丰富的教学模式，针对学生的特点和兴趣，采用情趣教学法、案例教学法、讨论教学法等多种方法进行教学，充分调动了教与学、师和生之间的沟通、对话和互动。第三，充分运用了多媒体教学手段，采用优秀的多媒体资源。这一系列探索和革新都取得了很好的教学效果，走出了一条具有鲜明特色的木材科学教育之路。

“感受最深的是于老师的授课技巧和人格魅力，让我们在学习的过程中能够学有所悟，对科研产生兴趣，并在听课的快乐中完成了从本科生到研究生的心态和学习方式的转变，对我们研究生阶段的学习和工作具有积极的影响。”这是学生发自肺腑的感激，也是于海鹏在三尺讲台上继续耕耘的动力和目标。