竹子是一種可持續(xù)、具有成本效益的環(huán)保生物材料。它具有快速的生長速度和優(yōu)異的強度性能，被廣泛應用于建筑和土木工程結構中。作為一種生物和天然材料，竹子的離子、分子、聚集體和介觀界面很容易與水分子相互作用，最終影響其宏觀性能和應用。因此，水分含量對竹子斷裂韌性的影響不容忽視。

近日，四川農(nóng)業(yè)大學林學院木科系青年博士陳琦在《Construction and Building Materials》在線發(fā)表了題為《含水率對竹材Ⅰ型層間斷裂韌性的影響：促進和阻礙裂紋擴展的競爭》的研究論文。

圖 1 水分對竹子 I 型層間斷裂韌性的影響

大多數(shù)工程材料的選擇是基于它們的斷裂韌性而不是它們的強度。然而，空氣中的水分子會與這些材料相互作用并影響其斷裂韌性，尤其是生物質(zhì)材料。竹材是一種優(yōu)良的工程材料，但是含水率對其斷裂韌性的影響尚不清楚。因此，該團隊研究了水分對竹材斷裂韌性的影響，并討論了其背后的機制。結果表明，水的作用同時包括了促進和阻止裂紋擴展。竹材吸濕后，細胞壁的水合非晶區(qū)阻礙了裂紋的擴展，但是細胞壁的水層反而促進了裂紋的擴展。前者的作用在竹子中更強，因此竹子的斷裂韌性隨含水率的增加而增加。這種源于水分的競爭機制也被發(fā)現(xiàn)有助于解釋其他種類材料的斷裂特性，如木材、石頭和粘土等。

圖 2 左：干竹細胞示意圖，細胞壁由結晶層和無定形層組成。右：濕竹細胞示意圖，膨脹的無定形層與水分子結合，細胞壁物質(zhì)上形成的水層。

該論文以陳琦為第一作者，木科系副教授謝九龍和賈閃閃為通訊作者，四川農(nóng)業(yè)大學為第一完成單位。該研究得到了國家自然科學基金、四川農(nóng)業(yè)大學人才引進項目的資助。

文章來源：四川農(nóng)業(yè)大學新聞網(wǎng)

原始文獻：Chen Q, Fei B, Qi J, et al. Effect of moisture content on bamboo’s mode I interlaminar fracture toughness: The competition between promoting and impeding crack growth[J]. Construction and Building Materials, 2022, 341: 127822.

原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0950061822014957?via%3Dihub