快樂科研 躬耕講壇——記東北林業大學木材科學與工程系教授于海鵬

本刊記者 高慧娟

“木材具有奇妙的結構、獨特的美感以及優越的材料特性?！痹谄匠Ｈ搜劾锖敛黄鹧鄣哪绢^，在于海鵬的心里卻是“寶貝”。說起他的專業，這個年輕的學者話語中都是贊美，眼神里滿是自豪。

年僅34歲的于海鵬，已是東北林業大學的教授、博士生導師。他笑稱自己是“老東林人”，因為從18歲來到東北林業大學求學開始，他就再也沒有離開過。16年過去了，如今的于海鵬已成長為一位意氣風發的學者，在木材科學領域斬獲了累累碩果；同時也是一位深受學生歡迎的老師，為木材學科培育了一批批優秀學子。

變廢為寶創造高附加值產品

工業文明的發展，使人類面臨的資源與生態危機愈演愈烈，而我國要在人均資源占有率低、生態環境脆弱和人力資源總體水平不高的國情下實現可持續發展，以推動科技創新驅動生物質產業的發展是解決問題的重要途徑之一。

生物質是生命活動產生的天然有機物質，主要以木材、竹藤材、灌木、森林撫育和木材加工剩余物、農作物秸稈等形式存在。生物質廢棄資源來源廣闊、成本低廉，但傳統利用方法多是將它們制造人造板和生物質復合材料，提高附加值一直是難點。于海鵬帶領的課題組針對生物質細胞壁的層次結構、埃米級的纖維素分子層、納米級的纖維素晶體超分子層、原纖超分子結構層和微原纖聚集體的納米尺度特點，創新探索出分離制備高性能纖維素納米纖維的技術體系。這個技術具有自主的知識產權，已獲得3項國家發明專利授權，并且已和企業達成合作意愿，有望推向市場。

此外，在教育部新世紀優秀人才計劃項目的支持下，于海鵬陸續展開基于納米纖維素的導電聚合物復合材料、貴重納米藥物載體、生物保健材料、金屬納米材料合成模板等研究，為生物質資源的進一步高附加值利用提供科學基礎。

“將來，化石資源枯竭后，生物質基的功能品將成為石油基化學品和煤基化學品的主要替代品。”正是基于這一認識，于海鵬非常關注生物質資源的開發利用，并會在將來開展更深入的研究。

納米防護催生高性能木材

納米技術發展的時間并不長，但卻在方方面面得以應用，更是推動了科技的發展。在木材科學領域也不例外。木材作為一種對環境條件敏感的物質，生物學屬性在利用中極易出現一些問題，如易吸濕變形、發霉、被腐蝕和蟲蛀、光變色、老化開裂、燃燒等，為了獲得穩定的和長久的使用效果，木材使用前必須進行適當的保護和改良處理。而大量研究表明無機納米粒子特別是晶態納米金屬氧化物能夠產生透光、增強、耐水、隔熱、防火、殺菌、自潔等效果，可以運用到材料保護中。

于海鵬課題組從抑制生物質材料的固有缺陷、改善品質、提高性能和賦予新的功能出發，在國家自然科學基金項目“低溫水熱共溶劑法木材表面納米晶層可控生長機制及功能效應”的支持下，進行了功能性生物質/無機納米復合材料的基礎理論和關鍵技術研究，攻克了生物質材料表面原位合成納米TiO2、ZnO、SiO2、Mg(OH)2、CaCO3、Al2O3晶層的技術難題，實現了對木材表面所負載的無機礦物形貌、尺寸、晶型和生成量的調控。此外，以應用為導向，研究并解析了無機納米晶層對改善木材性能的影響，使得木材的應用更穩定、空間更廣闊。項目已獲得2項國家發明專利授權，相關技術不僅在實驗室可行，而且在工業上也容易實現，未來有可能取代木材有機浸漬改性而成為木材功能改良的新熱點。

“從發展高性能、低成本的木材功能性改良方式和減少對環境污染的角度來看，木材的無機納米防護和功能改良研究是重要發展方向之一。我們當前的任務就是努力實現納米晶層的快速、有效和節能合成，使得該項研究未來更具應用空間?！睂@個研究方向的發展，于海鵬同樣充滿了信心。

木質環境提高居住質量

人類自古就用木材來裝點室內環境，制作室內用家具，提高居住環境的舒適性，對其開展研究有助于揭示木材具有優良環境學品質的深層次原因，為指導木材和木質材料在居住環境中的科學使用，進而為提高人類居住質量和健康水平提供科學依據。

于海鵬針對木材微觀構造的自動定量求取問題，以數字圖像處理結合二值形態學技術實現了木材解剖構造特征參數的高效測量、木材組織比量的計算機測量，進一步豐富了木材生長輪構造特征的機器視覺分析技術，該技術目前已取代傳統測量方式被廣泛使用到木材組織構造的檢測與分析。

在國內率先嘗試應用數字圖像處理技術解決木材紋理定量化表征問題是另一個突出的創新點。他們定義了木材的紋理物理量，從空間域和頻率域基于灰度共生矩陣、行程長度統計法、小波法、分形模型、Radon變換等綜合分析了木材的紋理特征特點，構建出木材紋理特征參數體系，在此基礎上研究了木材視覺物理量的影響規律和應用效果；針對木材樹種檢索和識別的技術需求，采用基于圖像內容的CBIR技術，解決了適合木材特點的HSV非等間隔量化、特征向量提取與降維、關系數據庫構建、相似性匹配、檢索平臺實現等技術難題，開發出木材圖像自動檢索系統。

此外，他們開展了木質環境學品質因子和建筑物理特性分析、對人體心理生理影響分析工作，采用心理生理學方法，動態監測人體的心率變異、脈搏、動態連續血壓、腦電頻率、體溫等指標，其目的都是為了研究木材環境學品質與人體生理指標的影響變化規律，用優質的木質環境提高人們的居住質量。

三尺講臺培育創新人才

從2005年7月取得博士學位起，于海鵬就在東北林業大學木材科學與工程專業承擔教學和教改工程任務。作為《木材學》國家級精品課程和《木制品生產工藝學》黑龍江省精品課程成員、“木材學系列課程”國家級教學團隊核心成員、省級實驗教學示范中心和教育部卓越工程師計劃成員，他一直積極參與課程和團隊的建設工作。

在課程講授過程中，于海鵬注重積極擴展專題和實驗內容，教學效果受到了研究生們的好評。例如在《木材物理學與檢測技術》課程中側重教學內容的更新與改革。授課過程中，考慮到學位課的基礎性、系統性和專業性，在基礎知識點方面注意與材料學、高分子科學、納米科學與技術、材料分析技術等融合，積極學習不同學科的知識，并將學到的新知識運用到課程的輔助教學與研究之中，以不斷發展木材科學的內涵和外延，帶給研究生寬廣的視野和知識面。

在《木材學》教學中注重教學方法和手段的靈活運用與結合。他認為，首先要具有先進的教學理念，從“以教師為中心”到“師生共同探索”，從“以教材為中心”到“教材和課外讀物相輔”，從“以課堂為中心”到“課堂與實踐并重”，從“以傳授知識為中心”到“傳授知識與培養能力并重”，“以學會為中心”到“以會學為中心”。其次，要具有豐富的教學模式，針對學生的特點和興趣，采用情趣教學法、案例教學法、討論教學法等多種方法進行教學，充分調動了教與學、師和生之間的溝通、對話和互動。第三，充分運用了多媒體教學手段，采用優秀的多媒體資源。這一系列探索和革新都取得了很好的教學效果，走出了一條具有鮮明特色的木材科學教育之路。

“感受最深的是于老師的授課技巧和人格魅力，讓我們在學習的過程中能夠學有所悟，對科研產生興趣，并在聽課的快樂中完成了從本科生到研究生的心態和學習方式的轉變，對我們研究生階段的學習和工作具有積極的影響?！边@是學生發自肺腑的感激，也是于海鵬在三尺講臺上繼續耕耘的動力和目標。