Вышедшие номера
Home » Журнал технической физики » Год 2022, выпуск 4 » Статья стр. 575
<<<>>>
Локальные механические свойства и кольцевая структура древесины, исследованные методом сканирующего наноиндентирования
DOI: 10.21883/JTF.2022.04.52245.297-21
Переводная версия: 10.21883/TP.2022.04.53605.297-21
RSCF, 21-14-00233
Ministry of Education and Science of the Russian Federation, RF-2296.61321X0037, 075-15-2021-709
Головин Ю.И. 1,2, Тюрин А.И. 1, Гусев А.А. 1,3,4, Матвеев С.М. 1,3, Головин Д.Ю. 1, Самодуров А.А. 1, Васюкова И.А. 1, Юнак М.А. 1, Колесников Е.А. 4, Захарова О.В. 5,4
1Научно-исследовательский институт "Нанотехнологии и наноматериалы", Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина, Тамбов, Россия
2Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия
3Воронежский государственный лесотехнический университет им. Г.Ф. Морозова, Воронеж, Россия
4Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС", Москва, Россия
5Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина, Тамбов, Россия
Email: yugolovin@yandex.ru, tyurin@tsu.tmb.ru, nanosecurity@mail.ru, lisovod@bk.ru, tarlin@yandex.ru, samsasha@yandex.ru, vasyukovaia@gmail.com, mascha150383@mail.ru, kea.misis@gmail.com, olgazakharova1@mail.ru
Поступила в редакцию: 23 ноября 2021 г.
В окончательной редакции: 27 декабря 2021 г.
Принята к печати: 8 января 2022 г.
Выставление онлайн: 14 февраля 2022 г.
PDF версия
Описаны результаты сканирования механических свойств древесины хвойных и лиственных пород (сосна обыкновенная, дуб черешчатый, липа мелколистная), проведенного на поперечных срезах методом наноиндентирования. Выявлено многократное увеличение микротвердости H и модуля Юнга E по мере перехода из зоны ранней древесины в зону поздней в каждом годовом кольце роста. Установлены значительные различия в ходе внутрикольцевых радиальных зависимостей H и E для каждой из исследованных пород. Установлено отсутствие зависимости H и E в ранней древесине от ширины годового кольца w, и обнаружена слабая их зависимость от w в поздней древесине. Величина w, измеренная наноиндентированием, с точностью до 2-3% совпадает с измеренной традиционным оптическим методом. Разработанный метод и результаты могут быть полезны для углубления понимания природы и механизмов формирования макромеханических свойств древесины различных пород в зависимости от микроструктурных характеристик и условий роста, в задачах оптимизации технологий выращивания, упрочнения и условий последующего использования древесины, а также при разработке новых высокоинформативных методов дендрохронологии. Ключевые слова: сканирование нано-/микротвердости и модуля Юнга, наноиндентирование, годовые кольца роста древесины, дендрохронология.
  1. Handbook of Nanocellulose and Cellulose Nanocomposites, eds. H. Kargarzadeh, I. Ahmad, S. Thomas, A. Dufresne (Wiley-VCH Verlag GmbH \& Co. KGaA, Weinheim, Germany, 2017)
  2. R.J. Moon, A. Martini, J. Nairn, J. Simonsen, J. Youngblood. Chem. Soc. Rev., 40 (7), 3941 (2011). DOI: 10.1039/C0CS00108B
  3. M. Reza, E. Kontturi, A.-S. Jaaskelainen, T. Vuorinen. Bioresources, 10 (3), 6230 (2015). DOI: 10.15376/biores.10.3
  4. A. Balzano, K. Novak, M. Humar, K. v Cufar. Les/Wood, 68 (2), 5 (2019). DOI: 10.26614/les-wood.2019.v68n02a01
  5. J. Thomas, D.A. Collings. In book: Wood is Good. Current Trends and Future Prospects in Wood Utilization, eds. K.K. Pandey, V. Ramakantha, S.S. Chauhan, A.N.A. Kumar (Springer Nature Singapore Pte Ltd., 2017), p. 29. DOI: 10.1007/978-981-10-3115-1_3
  6. M. Broda, C.-M. Popescu. Spectrochimica Acta. Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 209, 280 (2019). DOI: 10.1016/j.saa.2018.10.057
  7. E.E.N. Alves, D.R.O. Rodriguez, P.A. Rocha, L. Vergutz, L.S. Junior, D. Hesterberg, L.C.R. Pessenda, M. Tomazello-Filho, L.M. Costa. Results in Chem., 3, 100121 (2021). DOI: 10.1016/j.rechem.2021.100121
  8. J. Tintner, B. Spangl, F. Reiter, E. Smidt, M. Grabner. Wood Sci. Technol., 54, 313 (2020). DOI: 10.1007/s00226-020-01160-x
  9. C.M. Popescu, D. Jones, D. Krzisnik, M. Humar. J. Molecular Structure, 1200, 127133 (2020). DOI: 10.1016/j.molstruc.2019.127133
  10. N. Gierlinger. Appl. Spectr. Rev., 53 (7), 517 (2018). DOI: 10.1080/05704928.2017.1363052
  11. T. Kanbayashi, Y. Kataoka, A. Ishikawa, M. Matsunaga, M. Kobayashi, M. Kiguchi. J. Photochem. Photobiol., B: Biology, 187, 136 (2018). DOI: 10.1016/j.jphotobiol.2018.08.016
  12. A. Saletnik, B. Saletnik, C. Puchalski. Molecules, 26, 1537 (2021). DOI: 10.3390/molecules26061537
  13. K. Elsayad, G. Urstoger, C. Czibula, C. Teichert, J. Gumulec, J. Balvan, M. Pohlt, U. Hirn. Cellulose, 27, 4209 (2020). DOI: 10.1007/s10570-020-03075-z
  14. X. Kang, A. Kirui, M.C.D. Widanage, F. Mentink-Vigier, D.J. Cosgrove, T. Wang. Nature Commun., 10, 347 (2019). DOI: 10.1038/s41467-018-08252-0
  15. T. Scharnweber, A. Hevia, A. Buras, E. van der Maaten, M. Wilmking. Sci. Total. Environ, 566--567, 1245 (2016). DOI: 10.1016/j.scitotenv.2016.05.182
  16. E. Toumpanaki, D.U. Shah, S.J. Eichhorn. Adv. Mater., 33 (28), 2001613 (2021). DOI: 10.1002/adma.202001613
  17. L.A. Donaldson. IAWA J., 40 (4), 645 (2019). DOI: 10.1163/22941932-40190258
  18. Nanotribology and Nanomechanics. An Introduction, ed. B. Bhushan. 2nd ed. (Springer, Berlin-Heidelberg-NY., 2008)
  19. Nanomechanical Analysis of High Performance Materials, ed. A. Tiwari. (Springer Science + Business Media, Dordrech-Heidelberg-NY.-London, 2014), 348 p
  20. Materials Characterization: Modern Methods and Applications, ed. N.M. Ranganathan (CRC Press, Boca Raton, Florida, 2015)
  21. Ю.И. Головин. ФТТ, 63 (1), 3 (2021). DOI: 10.21883/FTT.2021.01.50395.171
  22. R. Garcia. Chem. Soc. Rev., 49, 5850 (2020). DOI: 10.1039/d0cs00318b
  23. B.R. Neugirg, S.R. Koebley, H.C. Schniepp, A. Fery. Nanoscale, 8, 8414 (2016). DOI: 10.1039/c6nr00863a
  24. M. Cascione, V. De Matteis, R. Rinaldi, S. Leporatti. Microsc. Res. Technol., 80, 109 (2017). DOI: 10.1002/jemt.22696
  25. A. Melelli, O. Arnould, J. Beaugrand, A. Bourmaud. Molecules, 25, 632 (2020). DOI: 10.3390/molecules25030632
  26. Ю.И. Головин, В.И. Иволгин, В.В. Коренков, Н.В. Коренкова, Р.И. Рябко. Конденсированные среды и межфазные границы, 3 (2), 122 (2001)
  27. Ю.И. Головин. ФТТ, 50 (12), 2113 (2008). DOI: 10.1134/S1063783408120019
  28. Ю.И. Головин. Зав. лаборатория, 75 (1), 45 (2009)
  29. Ю.И. Головин. Наноиндентирование и его возможности (Машиностроение, М., 2009)
  30. A.C. Fischer-Cripps. Naation (Springer, NY., 2011)
  31. Handbook of Naation with Biological Applications, ed. M.L. Oyen (Pan Stanford Publishing Pte. Ltd., 2011)
  32. Naation in Materials Science, ed. J. Nemecek (InTech, London, 2012)
  33. Nanomechanical Analysis of High Performance Materials, ed. A. Tiwari (Springer Science + Business Media. Dordrech-Heidelberg-NY.-London, 2014)
  34. Applied Naation in Advanced Materials, eds. A. Tiwari, S. Natarajan (John Wiley \& Sons, NY., 2017)
  35. L.J. Gibson. J. Royal Soc., Interface, 9, 2749 (2012). DOI: 10.1098/rsif.2012.0341
  36. M. Ioelovich. In book: Handbook of Nanocellulose and Cellulose Nanocomposites, eds. H. Kargarzadeh, I. Ahmad, S. Thomas, A. Dufresne (Wiley-VCH Verlag GmbH \& Co. Weinheim, Germany, 2017). p. 51. DOI: 10.1002/9783527689972.ch2
  37. N. Mittal, F. Ansari, K. Gowda, C. Brouzet, P. Chen, P.T. Larsson, S.V. Roth, F. Lundell, L. Wagberg, N.A. Kotov, L.D. Soderberg. ACS Nano. 12 (7), 6378 (2018). DOI: 10.1021/acsnano.8b01084
  38. S. Rongpipi, D. Ye, E.D. Gomez, E.W. Gomez. Frontieres in Plant Sci., 9, 1894 (2019). DOI: 10.3389/fpls.2018.01894
  39. N.V. Perepelkin, F.M. Borodich, A.E. Kovalev, S.N. Gorb. Nanomaterials, 10, 15 (2020). DOI: 10.3390/nano10010015
  40. P. Mania, M. Nowicki. Bull. Polish Academy Sci. Tech. Sci., 68 (5), 1237 (2020). DOI: 10.24425bpasts.2020.134645
  41. A.C. Normand, A.M. Charrier, O. Arnould, A.L. Lereu. Scientific Reports, 11, 5739 (2021). DOI: 10.1038/s41598-021-84994-0
  42. D.M. Meko, J.M. Friedman, R. Touchan, J.R. Edmondson, E.R. Griffin, J.A. Scott. Holocene., 25, 1093 (2015). DOI: 10.1177/0959683615580181
  43. H. Gartner, P. Cherubini, P. Fonti, G. von Arx, L. Schneider, D. Nievergelt, A. Verstege, A. Bast, F.H. Schweingruber, U. Buntgen. J. Visualized Experiments, 97, e52337 (2015). DOI: 10.3791/52337
  44. X. Zhang, J. Li, X. Liu, Z. Chen. J. For. Res., 31 (2), 1002 (2019). DOI: 10.1007/s11676-019-01002-y
  45. R.J. Kaczka, R. Wilson. Dendrochronologia, 68, 125859 (2021). DOI: 10.1016/j.dendro.2021.125859
  46. A. Vannoppen, S. Maes, V. Kint, T. De Mil, Q. Ponette, J. Van Acker, J.V. den Bulcke, K. Verheyen, B. Muys. Dendrochronologia, 44, 66 (2017). DOI: 10.1016/j.dendro.2017.03.003
  47. J.V. den Bulcke, M.A. Boone, J. Dhaene, D. Van Loo, L. Van Hoorebeke, M.N. Boone, F. Wyffels, H. Beeckman, J. Van Acker, T. De Mil. Annals of Botany, 124, 837 (2019). DOI: 10.1093/aob/mcz126
  48. M. Domi nguez-Delmas. Dendrochronologia, 62, 125731 (2020). DOI: 10.1016/j.dendro.2020.125731
  49. J. Martinez-Garcia, I. Stelzner, J. Stelzner, D. Gwerder, P. Schuetz. Dendrochronologia, 69, 125877 (2021). DOI: 10.1016/j.dendro.2021.125877
  50. M. Moria, S. Kuhara, K. Kobayashia, S. Suzuki, M. Yamada, A. Senoo. Dendrochronologia, 57, 125630 (2019). DOI: 10.1016/j.dendro.2019.125630
  51. K. Mayer, M. Grabner, S. Rosner, M. Felhofer, N. Gierlinger. Dendrochronologia, 64, 125781 (2020). DOI: 10.1016/j.dendro.2020.125781
  52. ISO group TC 164/SC 3/WG1 and ASTM E28.06.11. ISO/DIS 14577-1, 2, 3
  53. ГОСТ Р 8.748-2011. Государственная система обеспечения единства измерений. Металлы и сплавы. Измерение твердости и других характеристик материалов при инструментальном индентировании. Ч. 1. Метод испытаний
  54. W.C. Oliver, G.M. Pharr. J. Mater. Res., 7 (6), 1564 (1992). DOI: 10.1557/JMR.1992.1564
  55. W.C. Oliver, G.M. Pharr. J. Mater. Res, 19 (1), 3 (2004). DOI: 10.1557/jmr.2004.19.1.3
  56. W.C. Oliver, G.M. Pharr. MRS Bull., 35 (11), 897 (2010). DOI: 10.1557/mrs2010.717
  57. Ю.И. Головин, А.И. Тюрин, Д.Ю. Головин, А.А. Самодуров, И.А. Васюкова. Изв. вузов. Физика, 63 (11), 187 (2020). DOI: 10.17223/00213411/63/11/187
  58. Ю.И. Головин, А.И. Тюрин, А.А. Гусев, С.М. Матвеев, Д.Ю. Головин. Письма в ЖТФ, 48 (4), 36 (2022). DOI: 10.21883/PJTF.2022.04.52083.19040
  59. I. Carrillo-Varela, P. Valenzuela, W. Gasitua, R.T. Mendoca. BioResources, 14 (3), 6433 (2019). DOI: 10.15376/biores.14.3.6433-6446
  60. S. Stanzl-Tschegg, W. Beikircher, D. Loidl. Holzforschung, 63, 443 (2009). DOI: 10.1515/HF.2009.085
  61. Y. Wu, X. Wu, F. Yang, H. Zhang, X. Feng, J. Zhang. Forests, 11, 1247 (2020). DOI: 10.3390/f11121247
  62. Y.H. Huang, B.H. Fei, Y. Yu, S. Q. Wang, Z.Q. Shi, R.J. Zhao. Bioresources, 7 (3), 3028 (2012). DOI: 10.15376/biores.7.3.3028-3037
  63. W.T.Y. Tze, S. Wang, T.G. Rials, G.M. Pharr, S.S. Kelley. Composites: Part A. 38, 945 (2007). DOI: 10.1016/J.COMPOSITESA.2006.06.018
  64. J. Wang, L. Wang, D.J. Gardner, S.M. Shaler, Z. Cai. Cellulose, 28, 4511 (2021). DOI: 10.1007/s10570-021-03771-4
  65. X. Wang, Y. Li, Y. Deng, W. Yu, X. Xie, S. Wang. BioResources, 11 (3), 6026 (2016). DOI: 10.15376/biores.11.3.6026-6039
  66. Электронный ресурс. Режим доступа: lesoteka.com
  67. Электронный ресурс. Режим доступа: extxe.com
  68. A.М. Боровиков, Б.Н. Уголев. Справочник по древесине: Справочник, под ред. Б.Н. Уголева (Лесная промышленность, М., 1989)
  69. Электронный ресурс. Режим доступа: les.novosibdom.ru
  70. M. Vincent, Q. Tong, N. Terziev, G. Daniel, C. Bustos, W.G. Escobar, I. Duchesne. Wood Sci. Technol., 48 (1), 7 (2013). DOI: 10.1007/s00226-013-0580-5

Подсчитывается количество просмотров абстрактов ("html" на диаграммах) и полных версий статей ("pdf"). Просмотры с одинаковых IP-адресов засчитываются, если происходят с интервалом не менее 2-х часов.

Дата начала обработки статистических данных - 27 января 2016 г.

Учредители

Издатель

© 2024 Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук
Powered by webapplicationthemes.com - High quality HTML Theme