木材:简化方法显示结构复杂

与化学隔离的纤维相比,机械隔离的木质纤维表现出几种不同的性能。这是由维也纳自然资源和应用生命科学大学的奥地利科学基金会FWF资助的项目的最新成果之一。该项目对暴露于水分和张力下的木纤维的结构变化产生了重大发现。目前的结果对于木材的结构分析以及这种经典材料的创新应用研究都非常重要。

木材是最常见,用途最广泛的天然有机材料之一。它兼具高强度和高变形能力。如何解释这些看似矛盾的特性,是当今木材研究的主题。为了分析木材的众多特性,到目前为止,已经通过化学方法分离出了单根木纤维。–尽管研究人员长期以来一直怀疑这种化学程序会导致木材发生变化,所以科学结果可能令人怀疑。

针对这一问题,维也纳自然资源与应用生命科学大学的科学家开发了一种替代的木纤维隔离方法。使用细镊子以机械程序从木材中分离出纤维。“因此,我们成功地分离了其细胞壁不会被化学物质改变或破坏的木纤维。”,物理与材料科学研究所的Stefanie Stanzl-Tschegg教授在解释该方法的优点时说。“现在,如果我们将机械隔离的木纤维与传统上用化学方法隔离的木纤维进行比较,那么我们就能更好地理解各个方法的缺点。通过这种方式,我们获得了有关木材结构和性能的许多新信息。”此外,科学家能够证明机械隔离方法还能够以比以前更好的方式隔离其他天然材料(例如麻或亚麻)的单纤维。

湿& Dry
Stanzl-Tschegg教授和她的同事能够通过他们的最新发现阐明的一个重要特性是木材的干燥性能。关于该主题的以前使用化学隔离的木纤维进行的项目显示,由于干燥过程,纤维沿逆时针方向扭曲。造成这种现象的原因是木纤维孔壁中的螺旋形结构。这些由所谓的纤维素原纤维形成,它们彼此平行地嵌入,从而增强了材料。但是,由Stanzl-Tschegg教授团队进行的测试表明,机械隔离时,干燥过程中木纤维的扭曲程度要小得多。研究人员通过特殊的显微镜方法分析了由复杂分子木质素和半纤维素组成的基质。与化学分离的木纤维相反,这种基质在机械分离的木纤维中保持完整,其中包含单个纤维素原纤维。因此,基体类似于紧身胸衣,通过抵消干燥过程中的变形,该紧身胸衣在潮湿条件下为木材纤维提供了稳定性。

张力& Pressure
这一结果与Stanzl-Tschegg教授及其团队在木材天然材料方面取得的令人瞩目的基本发现相吻合。同样,他们成功地检测了木纤维的另一个功能特征:木纤维内的分子机制就像维可牢尼龙搭扣一样。当纤维素纤维由于张力或压力而变形时,它们的键与木质素和半纤维素的基质断开,因此使木材变形。但是,一旦应力释放,粘结就会锁定在新位置,并继续保持材料的原始刚度–迄今为止,与金属材料而非木材相关联的一种财产。

正是传统证明天然木材的这种先前未知的特性的发现,使其可以在新的应用中安全可靠地使用。这样,由奥地利科学基金会FWF资助的这一物质研究项目也有助于确保这个森林茂密的国家奥地利的重要工业分支的未来。

Image and text will be available online from Monday, 19th September 2005, 09.00 a.m. MEZ onwards: http://www.fwf.ac.at/en/press/wood.html

科学联系方式:
Stefanie Stanzl-Tschegg教授
自然资源与应用生命科学大学
维也纳物理与材料科学研究所
彼得·乔丹·斯特拉瑟82
A-1190维也纳
电话+43 / 1/47654– 5160
E [email protected]

奥地利科学基金(FWF):
魔术师斯蒂芬·伯恩哈特(Stefan Bernhardt)
韦林格大街35
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电话+43 / 1/505 67 40– 36
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维也纳,2005年9月19日



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