在竹子中通过湿度介导的冷解降解,从纤维素水化到宏观尺度骨折

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 生物材料工程 生物材料工程
• 低温生化技术 (Cryogenics) 是一个非常重要的技术.

背景情况:

• 在寒冷的气候下,竹子的可持续性和强度与重量比受到冰解损害的阻碍.
• 竹子中的水分相变引发结构和机械降解.

研究的目的:

• 在超低温度下对竹纤维的依赖湿度的结构和机械变化进行表征.
• 了解结合和自由水在融损伤机制中的作用.
• 确定在冷环境中提高竹子耐用性的策略.

主要方法:

• 扫描电子显微镜 (SEM) 用于结构分析.
• 小角度X射线散射 (SAXS) 用于微观结构的洞察力.
• 机械测试 (拉伸和曲强度) 通过不同的湿度状态 (空气干燥,FSP,水和).
• 在超低温度 (-45°C) 的循环冷解处理.

主要成果:

• 和竹中的自由水由于冰的膨胀导致了宏观裂;FSP竹中的结合水导致了微纤维的多孔性增加.
• 冷解周期显著降低了竹子的结晶性和拉伸强度.
• 在FSP下方,冰充当强化剂,随着水分的增加 (冷增强),增加曲强度.
• 在FSP以上,和加速损伤,在水和的竹子中,强度保留较低.

结论:

• 束的水作为纳米级纤维细胞调节器,而自由的水则启动宏观骨折.
• 控制低于FSP的竹子湿度对于减轻融损害至关重要.
• 在FSP以下的冰介导增强为寒冷气候的抗竹复合材料和冰模拟生物材料提供了潜在的潜力.