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In-situ Untersuchung der Nanostruktur von Fichtenholz unter Einfluss von Zuglast und Feuchtigkeit mit Hilfe von Röntgenstreuung

Alexander Müllner

Art der Arbeit

Masterarbeit

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Physik

Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)

Masterstudium Physik

Betreuer*in

Herwig Peterlik

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DOI

10.25365/thesis.45841

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-24618.64241.919952-1

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Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Holz ist eine verbreitete, natürliche Ressource mit gutem Kosten-Nutzen-Verhältnis und gehört zu den wichtigsten Materialien in der Baubranche. Die große Festigkeit und Bruchzähigkeit von Holz machen es sehr beliebt, jedoch könnte Feuchtigkeit ein limitierender Faktor sein, da diese oft mit einem Aufquellen, Aufweichen oder sogar mit Pilzbefall einhergeht. Um Veränderungen der Nanostruktur von Fichtenholz zu untersuchen, wurde Röntgen-Streuung unter unterschiedlichen Luftfeuchtigkeits- und Zugbelastungsbedingungen eingesetzt. Zu diesem Zweck wurde eine - für Röntgen-Strahlung transparente - Kammer entwickelt, die Messungen bei variablen Probendehnungen in einem großen Bereich von Luftfeuchtigkeiten zwischen 0 und 100% möglich macht. Sowohl Röntgen-Kleinwinkel- (SAXS), als auch Röntgen-Weitwinkel-Streuung (WAXS) wurden durchgeführt um unterschiedliche Teile der Nanostruktur von Holz zu untersuchen. Das WAXS-Signal wurde mit einer Photoplatte in einem Abstand von 5,1 cm zur Probe detektiert, während die SAXS-Intensität durch ein Loch in der WAXS-Photoplatte auf eine weitere Photoplatte im Abstand von 65,6 cm auftreffen konnte. Der Mikrofibrillenwinkel und der Gitterabstand der kristallinen Zellulose der Holz-Proben wurden sowohl aus SAXS- als auch WAXS-Intensitäten ausgewertet. Die Resultate zeigen, dass die Intensität der Röntgenstrahlung der Laboranlage nicht ausreicht, um eine Abhängigkeit von der Probendehnung nachzuweisen, wie es bereits am Synchrotron gelungen ist. Eine mögliche Erklärung hierfür ist, dass die Proben während der Zeit der Röntgenbestrahlung starke Relaxationseffekte zeigten. Es konnte jedoch der Einfluss von Feuchtigkeit klar nachgewiesen werden: Die Beobachtung einer Vergrößerung des Gitterabstands kann mit einem Anschwellen der Fibrillen durch Aufnahme von Wasser erklärt werden.

Abstract

(Englisch)

Wood is a widely available natural resource with good cost-efficiency and it is one of the most important materials for construction purposes. The high strength and fracture toughness of wood are desirable properties, whereas humidity could be a limiting factor because it is often accompanied by swelling, softening or fungal infestation. To investigate structural changes on the nanoscale, in-situ X-ray scattering of spruce wood by varying load and humidity was performed. An X-ray transparent chamber was developed, which makes measurements at variable strains in a wide air humidity range between 0 and 100% possible. Both Small Angle X-ray Scattering (SAXS) and Wide Angle X-ray Scattering (WAXS) were performed to investigate different parts of the nanostructure of wood. The WAXS signal was detected with an imaging plate at a sample-to-detector distance of 5,1 cm, whereas the SAXS intensity passed through a hole in the WAXS imaging plate and was detected at a distance of 65,6 cm by a second imaging plate. The microfibril-angle and cellulose lattice spacing of the wood samples were evaluated from both SAXS and WAXS intensities. The results show that the laboratory X-ray intensities are not sufficient to measure a dependence on the strain as successfully reported from synchrotron experiments. A possible explanation for this is the fact that the samples showed strong relaxation effects during the time of exposure to the X-ray beam. However, the influence of humidity could be clearly detected: An increasing crystal lattice spacing was observed and can be explained with the swelling of fibrils by water uptake.

Autor*innen

Alexander Müllner

Haupttitel (Englisch)

In-situ Untersuchung der Nanostruktur von Fichtenholz unter Einfluss von Zuglast und Feuchtigkeit mit Hilfe von Röntgenstreuung

Paralleltitel (Englisch)

Investigation of the nanostructure of spruce wood depending on load and humidity using in-situ X-ray scattering

Publikationsjahr

2017

Umfangsangabe

87 Seiten : Illustrationen, Diagramme

Sprache

Englisch

Beurteiler*in

Herwig Peterlik

Klassifikationen

33 Physik > 33.05 Experimentalphysik ,

33 Physik > 33.60 Kondensierte Materie: Allgemeines ,

33 Physik > 33.61 Festkörperphysik ,

33 Physik > 33.79 Kondensierte Materie: Sonstiges ,

42 Biologie > 42.12 Biophysik ,

42 Biologie > 42.41 Pflanzenphysiologie ,

48 Land- und Forstwirtschaft > 48.30 Natürliche Ressourcen ,

48 Land- und Forstwirtschaft > 48.46 Holz ,

51 Werkstoffkunde > 51.32 Werkstoffmechanik

AC Nummer

AC13720030

Utheses ID

40560

Studienkennzahl

UA | 066 | 876 | |

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