Abstrakti
Puu on monimutkainen, hierarkkinen materiaali, jota hyödynnetään käytännön sovelluksissa ja biopohjaisten materiaalien raaka-aineena. Koska puu on materiaalina ollut ennen eliön vettä kuljettavaa kudosta, vesi on olennainen osa tätä kokonaisuutta. Suurimmassa osassa puun sovelluksista puun ja veden vuorovaikutukset ovat tärkeitä, sillä lähes kaikki sen ominaisuudet riippuvat kosteuspitoisuudesta. Paksut sekundaarisoluseinät ovat valtaosa puun rakenteesta, joten monet puun ominaisuudet pohjautuvat soluseinän nanoskaalan ominaisuuksiin ja niiden kosteuskäyttäytymiseen. Ehjän soluseinän nanorakenteen tutkiminen on hankalaa, joten tarkka rakenne on pysynyt epäselvänä. Tämä on etenkin totta kiteiselle selluloosamikrofibrillille, vaikka se on puun pääasiallinen rakenneosa.
Sirontamenetelmät mahdollistavat ainetta rikkomattoman puun nanorakenteen ja sen kosteuskäyttäytymisen karakterisoinnin käytännön olosuhteissa. Sirontamenetelmät kuitenkin vaativat oletuksia aineen rakenteesta, jotta tuloksia voidaan tulkita, joten niitä täytyy tukea muilla menetelmillä. Yksi tapa on molekyylidynaamiset (MD) simulaatiot, joilla voi luoda atomiskaalan malleja soluseinän rakenneosista. Yhdistämällä nämä kaksi menetelmää saadaan aikaiseksi toisiaan täydentäviä tuloksia soluseinän nanorakenteesta ja sen kosteuskäyttäytymisestä.
Työssä suoritettiin röntgen- ja neutronisirontakokeita metsäkuuselle. Näitä täydensi ajantasaiseen käsitykseen perustuvat MD mallit selluloosamikrofibrilliagregaateista. Malleista määritettiin myös laskennallinen sironta. Kuivuvan puun neutronisironta toi ilmi, että fibrillien pakkautumisen muutokset riippuivat kuivumisalueesta. Pakkautumisen muutokset olivat paljon vähäisempiä alussa, kun kuivumisnopeus oli tasainen verrattuna loppuun, kun kuivumisnopeuden hidastui. MD simulaatiot fibrillikimpuista paljastivat veden diffuusiolle kaksi selkeästi erottuvaa aluetta systeemin kuivuessa. Röntgensirontakokeet puulle kosteussyklissä yhdistettynä MD malleihin toivat ilmi, että mallit ennustivat hyvin kokeellisesti havaittuja muutoksia. Mallit ja kokeet osoittivat, että alle 10-15% kosteuspitoisuudessa fibrilliaggregaatio on huomattava tekijä selluloosakiteiden muutoksissa. Nämä muutokset säilyivät myös delignifioinnin jälkeen, eikä delignifiointi olennaisesti muuttanut fibrillien kosteusvuorovaikutuksia, vaikka fibrillien pakkausetäisyys kasvoi. Hemiselluloosan ja fibrillikoon vaikutusta tutkittiin MD malleilla kokeellisen datan tulkinnan helpottamiseksi. Tulokset osoittivat, että hemiselluloosalla päällystetyt fibrillit tuottavat merkittävän sirontakontribuution pienkulma-alueella ja voivat kasvattaa sirontamenetelmillä nähtävää fibrillikokoa.
Kaiken kaikkiaan, väitöskirjan tulokset auttavat ymmärtämään puun soluseinän kosteusmuutoksia ja kuinka kokeellisia sirontakuvioita puusta tulisi tulkita.
Julkaisun otsikon käännös | Puun nanorakenteen kosteuskäyttäytymisen tutkiminen kokeellisen ja simuloidun sironnan avulla |
---|---|
Alkuperäiskieli | Englanti |
Pätevyys | Tohtorintutkinto |
Myöntävä instituutio |
|
Valvoja/neuvonantaja |
|
Kustantaja | |
Painoksen ISBN | 978-952-64-2092-9 |
Sähköinen ISBN | 978-952-64-2093-6 |
Tila | Julkaistu - 2024 |
OKM-julkaisutyyppi | G5 Artikkeliväitöskirja |
Tutkimusalat
- puun ja veden vuorovaikutus
- molekyylidynamiikka
- sirontamenetelmät
- puun nanorakenne
- selluloosa
Sormenjälki
Sukella tutkimusaiheisiin 'Puun nanorakenteen kosteuskäyttäytymisen tutkiminen kokeellisen ja simuloidun sironnan avulla'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.Laitteet
-
-
OtaNano Nanomikroskopiakeskus
Seitsonen, J. (Manager) & Rissanen, A. (Other)
OtaNanoLaitteistot/tilat: Facility