Development of THz cellulose crystallography

太赫兹纤维素晶体学的发展

• 批准号: 21H02255
• 负责人: 稲垣 哲也
• 金额: $ 7.9万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H02255/
• 关键词: THz時間領域分光法; THz-tds; 木材; セルロース; 新しい結晶評価手法; 木質材料; 結晶構造; THz crystallography; THz-TDs; 結晶構造解析; THz時間領域分光法; THz-tds; 木材; セルロース; 新しい結晶評価手法; 木質材料; 結晶構造; THz crystallography; THz-TDs; 結晶構造解析

本研究では、「木材中のセルロース結晶領域をTHz時間領域分光法（THz-TDs）によって評価する新たな学問領域『THz cellulose crystallography』、すなわち木材のTHz透過スペクトルから結晶量・結晶構造・ミクロフィブリル傾角（MFA）を高精度計測するアルゴリズムを確立」することを目標としている。2022年度には結晶量・結晶構造・ミクロフィブリル傾角（MFA）を高精度推定するために、さまざまな試料（木材、セルロース試料、疑似木材）についてTHzスペクトルおよびX線回折チャートを測定し、それぞれの性質について評価した。これによりTHz分光法を用いることで、結晶量と結晶構造についてはX線回折法よりも高精度に推定できることを示した。またMFAについてもTHz-TDsによって測定可能であることが示された。また熱処理を行いながら試料の結晶性変化を評価するシステムを構築して、これによる実験を進めているところである。これらが非常に円滑に進捗している。次年度は引き続き様々な木材の結晶性評価、熱処理による木材の結晶性変化の追跡およびイメージング測定による結晶の空間的分布変化の把握を継続する。これらの変化を反応速度論と拡散方程式を組み合わせてモデリングすることで、古材化/熱処理に対する木材の応答を理解する。その後、同試料の強度を測定し、ヤング率・破壊強度などの推定を行う。この推定には有限要素法を用いる。木材の応答（古材化と熱処理による反応の違い）を空間/時間軸でモニタリングすることで、木材の劣化に関する新たな知見を提供できる

这项研究的目的是“建立一种准确测量木材传输谱的晶体量，晶体结构和微纤维倾斜角（MFA）的算法。”在2022年，为了估计晶体体积，晶体结构和微纤维倾斜角（MFA），测量了针对各种样品（木材，纤维素样品，伪木）的THZ光谱和X射线衍射图，并评估其性质的评估。这表明，通过使用THZ光谱，可以比X射线衍射方法更高的精度估算晶体量和晶体结构。还表明可以通过THZ-TDS测量MFA。此外，已经构建了一个系统来评估在接受热处理时样品结晶度的变化，并使用该系统进行实验。这些进展非常顺利。明年，我们将继续评估各种木材的结晶度，跟踪由于热处理而导致的木材结晶度的变化，并通过成像测量来了解晶体的空间分布的变化。这些变化是通过组合反应动力学和扩散方程来理解木材对考古/热处理的反应来建模的。之后，测量了同一样品的强度，并估计了年轻人的模量，断裂强度等。该估计使用有限元方法。通过监测时空轴中木材的反应（旧木材和热处理之间的反应之间的差异）可以提供有关木材恶化的新见解。