化学组分选择性脱除对竹纤维细胞壁精细结构及力学性能的作用机制

Bamboo fiber is the basic unit of bamboo, which decides the physical, chemical and mechanical properties of bamboo. The chemical components of bamboo fiber is main constitutes of bamboo cell wall. The relationship between the chemicals and fine structure and mechanical properties of bamboo cell wall may be the reason why bamboo fiber has such high stress and hardness. Therefore, the objective of this program is to further study bamboo cell wall, systematically analyze the influence of the chemicals on the fine structure of bamboo cell wall by many kinds of imaging and structural characterization methods, and explore the relationship between the chemicals and mechanical properties by different micro mechanics technologies. The relationship among the chemicals, the fine structure, and mechanical properties of bamboo cell wall will be cleared, which would be the theory for the high effective utilization of bamboo, the design of bamboo products and biomimetic materials, the preparation of nano-cellulose fibrils, and so on.

竹纤维是竹材的基本承载单元，决定着竹材的物理、化学及力学性能。竹纤维的化学组分是其细胞壁的基本组成物质，与细胞壁精细结构和力学性能的关系蕴含着竹纤维高强和高硬的材料学机理。本项目以深入研究竹纤维细胞壁为目的，集成多种成像和结构表征手段，系统研究化学组分对细胞壁精细结构的影响与作用；采用多种微观力学表征技术，探索化学组分与细胞壁力学性能的内在关系。通过研究，不仅可以获得竹纤维化学组分、精细结构、力学性能的内在影响机理，而且可为竹材的高效利用、竹制品设计制造、仿生材料设计、纳米纤维素制备等提供科学的理论依据。

竹纤维是竹材的基本承载单元，决定着竹材的物理、化学及力学性能。竹纤维的化学组分是其细胞壁的基本组成物质，与细胞壁精细结构和性能的关系蕴含着竹纤维高强和高硬的材料学机理。本项目以深入研究竹纤维细胞壁为目的，研究化学组分对细胞壁精细结构的影响与作用，探索化学组分与细胞壁性能的内在关系。采用高分辨率的显微成像手段，在细胞尺度和纳米尺度揭示了选择性脱除不同化学组分以后竹纤维细胞壁结构、纤维素微纤丝聚集体的形态与尺寸、纤维素分子结构的变化规律；利用单根纤维拉伸技术和定量纳米力学测量技术获得了不同化学组分脱除以后竹纤维细胞壁拉伸性能及不同壁层的模量分布；采用单根纤维润湿性能测试手段和热稳定性表征技术分析了不同化学成分脱除以后竹纤维细胞壁的表面粗糙度、润湿性及热稳定性的变化规律。该研究进一步认识了不同化学组分与竹纤维细胞壁精细结构和性能的关系，研究成果将为竹材的高质利用、功能性改良、材料设计、生物能源转化等提供理论基础。相关研究结果发表在《Cellulose》、《Journal of Wood Science》、《Wood and Fiber Science》、《林业科学》等重要学术期刊，并在国际学术会议上进行交流；项目目前发表学术论文5篇，其中SCI收录3篇，EI收录1篇。