研究人员绘制了木材的分子结构图,以使其更有弹性

发布时间:   2020-11-24 00:00:00   文章来源:   网络转载   浏览量:   88  

      如果我们能提高木材的强度,我们可能会看到更多的建筑从钢筋和混凝土转向木材。

木材的分子结构是赋予材料强度和灵活性的一个新的研究揭开了它的秘密。生物化学系的一项新研究了解了是什么使木材变得坚硬,以便我们知道如何使其变得更加坚硬。该研究小组希望他们的发现能够指导未来的林业育种计划,生产出比以往任何时候都更结实的木材,并支持木材作为替代钢铁和混凝土的建筑材料而受到的新的兴趣。

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      木头做的不错吧?是木材的分子结构决定了它的强度,但直到现在我们还不知道在木材细胞中称为大纤维的圆柱形结构的精确分子排列。这项新技术使我们能够看到大纤维的组成,以及植物间分子排列的差异,它有助于我们了解这可能对木材密度和强度的影响。

虽然有意愿,但我们仍然缺乏一种方法——木材的机械性能不如我们想要替代的材料。它的主要局限性在于主要建筑物的承重上部结构。在这里,木头根本无法完成任务:它容易弯曲,然后断裂。然而,研究小组认为,问题不在于材料本身,而在于我们对木材细胞精确结构的理解有限。

      木头之所以坚固,是因为构成它的每一个细胞都被一堵又厚又坚固的墙所包围。这种“二次墙”是由聚合物、纤维素、半纤维素混合而成,并进一步用木质素加固。该研究小组他们使用低温扫描电子显微镜(CRYO SEM)观察了活树细胞壁的纳米结构。他们观察第二层细胞壁中大纤维的微观细节,这些大纤维是长分子,比人类头发的宽度窄1000倍。

他们从植物园的云杉、银杏和杨树上采集了样本。每一个样本都被快速冷冻,使细胞保持生命状态,然后被包裹在一层3纳米厚的铂膜上,以便在电子显微镜下观察。

       研究表明,软木和硬木中都存在直径超过10纳米的大纤维结构,并证实它们在所有研究的树木中都很常见。

研究人员还观察了拟南芥(Arabidopsis thaliana)的次生细胞壁,拟南芥是遗传学和分子生物学研究中用作模式生物的一种植物,这种植物也显示出相同的大原纤维结构。利用其中的几种植物,每一种都显示出与次生细胞壁及其形成有关的不同突变,研究小组还能够确定特定分子在大原纤维发育中的作用。

      研究人员说:“通过观察木材的分子结构,我们可以研究改变其内部某些聚合物的排列方式可能会如何改变其强度。了解木材的成分是如何结合在一起形成超强结构,对于了解植物是如何成熟的,对于新材料的设计都很重要。如果我们能提高木材的强度,我们可能会看到更多的建筑从钢筋和混凝土转向木材。”


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