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Development of THz cellulose crystallography

太赫兹纤维素晶体学的发展

基本信息

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

项目摘要

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

This study aims to establish a new research field of THz cellulose crystallography for evaluating the THz crystal domain in wood and to establish a high-precision measurement of THz crystal structure, crystal inclination (MFA). In 2022, the amount of crystallization, crystal structure, and inclination angle (MFA) were estimated with high accuracy, and the samples (wood, sample, suspected wood) were evaluated for THz selection and X-ray reflection. THz spectroscopy is used to estimate the crystal structure with high accuracy. MFA may be used to determine whether THz-TDs are available. The heat treatment process was carried out to evaluate the crystallization of the sample. This is a very interesting story. The next year, the evaluation of wood crystallinity, heat treatment, tracking of wood crystallinity and determination of spatial distribution of crystals were conducted. The theory of transformation speed and dispersion equation are combined to understand the transformation speed and dispersion speed of wood. After the test, the strength of the same sample is determined, and the rate of rupture is estimated. The finite element method is used in this case. Timber degradation: space/Timeline: new insights into wood degradation