Väitös biotuotetekniikan alalta, FM Aleksi Zitting
Milloin
Missä
Tapahtuman kieli
Väitöskirjan nimi: Investigating moisture behavior of wood nanostructure using experimental and simulated scattering
Tohtoriopiskelija: FM Aleksi Zitting
Vastaväittäjä: Tohtori Nayomi Plaza, USDA Forest Products Laboratory, USA
Kustos: professori Lauri Rautkari, Aalto-yliopiston kemian tekniikan korkeakoulu
Puun soluseinän kosteuskäyttäytymisen tutkiminen sironnalla
Puu on yleinen materiaali, jota hyödynnetään useissa käytännön tarkoituksissa ja raaka-aineena biopohjaisiin materiaaleihin. Vaikka puun rakenne on hierarkkinen ja monimutkainen, suurin osa siitä koostuu paksuista soluseinistä. Nämä soluseinät taas koostuvat pääasiassa selluloosasta, hemiselluloosasta ja ligniinistä, jotka ovat nanometriskaalan biomolekyylejä. Koska puu on entistä elävää kudosta, sen vesivuorovaikutukset ovat tärkeitä sen ominaisuuksien kannalta. Puun kosteuteen liittyvien perustavanlaatuisten vuorovaikutusten tutkiminen on hankalaa, sillä ne syntyvät soluseinien sisällä eli solujen tulisi olla ehjiä ja käyttötarkoitusta vastaavassa ympäristössä.
Tässä väitöskirjassa puun soluseinän nanoskaalan kosteuskäyttäytymistä tutkitaan yhdistämällä kokeellisen röntgen- ja neutronisironnan ja atomistiset simulaatiot soluseinän biomolekyyleistä. Sirontakokeet antavat meidän tutkia kuinka soluseinän nanorakenne reagoi eri kosteustiloihin, kun taas molekyylidynaamiset simulaatiot auttavat hahmottamaan, kuinka soluseinän ainesosat vuorovaikuttavat veden ja toistensa kanssa.
Tässä työssä näytämme, että kosteuspitoisuuteen liittyvä kuivumiskäyttäytyminen on yhteydessä soluseinän selluloosamikrofibrillien kutistumiseen. Sekä kokeelliset, että mallinnustulokset osoittavat, että mikrofibrillien aggregaatio on merkittävä osallinen nanorakenteen muutoksiin alhaisilla kosteuspitoisuuksilla. Delignifioidun puun kosteuskäyttäytyminen oli samanlaista kuin käsittelemättömän, eli ligniini on lähempänä passiivista kuin aktiivista osallistujaa puun kosteuskäyttäytymiselle. Simulaatiotulokset ehdottavat, että hemiselluloosa voi näyttäytyä sironnassa lisääntyneenä fibrillikokona.
Väitöskirjan tulokset auttavat puun nanorakenteen perustavanlaatuisen ymmärryksessä, jonka pitäisi tulevaisuudessa auttaa puun hyödyntämisessä käytännöntarkoituksissa ja raaka-aineena edistyneissä biomateriaaleissa.
→Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 10 päivää ennen väitöstä)
Yhteystiedot:
Aleksi Zitting
[email protected]