Бул изилдөөдө табигый бальса жыгачынын клеткалык түзүлүшү химиялык иштетүү аркылуу бошоңдотулуп, өлчөмдөрү өтө ар түрдүү жана бири-бири менен байланышкан тешикчелерди камтыган, калыңдыгы болгону болжол менен 10 миллиметр болгон үн жутуучу материал иштелип чыккан. Изилдөөчүлөр бул материалды табигый жыгачтагы лигнин менен гемицеллюлозаны этап-этабы менен алып салуу, клетка дубалдарын жукартуу жана жыгачтын учурдагы каналдарын ачыгыраак тешикчелер тармагына айландыруу аркылуу даярдашкан.

Изилдөөдө өзгөчө белгиленген SAW4 үлгүсү үчүн эң жогорку тешиктүүлүк %95,34 деп билдирилген. Макаланын кыскача мазмунунда материалдын тыгыздыгы 0,040 g/cm³, башкача айтканда болжол менен 40 kg/m³; ызы-чууну азайтуу коэффициенти NRC = 0,377 деп берилген. Жылуулук өткөрүмдүүлүгү 0,048 W/(m·K) болуп өлчөнгөн. Бул натыйжалар материал өтө жеңил болгонуна карабастан үн энергиясынын бир бөлүгүн тешикчелердин ичинде таратып жогото аларын жана жылуулук өтүшүн жайлата аларын көрсөтөт.

Үн жутуунун негизинде бир гана механизм жок. Үн толкундары жыгачтын тешикчелерине киргенде аба менен тешикче дубалдарынын ортосунда сүрүлүү пайда болот, аба мезгил-мезгили менен кысылып-кеңейет, үн толкундары клетка дубалдары менен жыгач нурларынын арасында кайра-кайра чагылат жана чачырайт. Ошентип, үн энергиясынын бир бөлүгү илешкектүү жана жылуулук жоготуулар аркылуу тарайт. Ар башка өлчөмдөгү тешикчелер ар башка жыштыктар менен өз ара аракеттене алгандыктан, материалдын бир гана тар жыштыкта эмес, кеңири жыштык диапазонунда иштеши көздөлгөн.

Ошол эле учурда изилдөө азырынча рецензиядан өтө элек. Өлчөөлөр лабораториялык масштабдагы кичине үлгүлөрдө жүргүзүлгөн. Узак мөөнөттүү нымга туруктуулук, өрт коопсуздугу, механикалык бекемдик, эскирүү, реалдуу имарат дубалдарындагы иштөө көрсөткүчү, сериялык өндүрүштүн наркы жана химиялык иштетүүнүн экологиялык таасирлери изилденген эмес. Изилдөө үн жутуу коэффициентин өлчөйт; эки бөлмөнүн ортосунда үн өтүшүн токтотуучу курулуш элементтерине тиешелүү үн өткөрүү жоготуусу же талаа шартындагы үн изоляциясынын көрсөткүчү көрсөтүлгөн эмес.

Изилдөөнүн негизги көйгөйү эмнеде?

Тешикчелүү үн жутуучу материалдарда көбүнчө долбоордук карама-каршылык жаралат. Калың жана көлөмдүү материалдар, айрыкча төмөн жыштыктарда, көбүрөөк үн энергиясын жута алат. Бирок калыңдыкты көбөйтүү имараттын колдонууга жарактуу аянтын азайтат, фасад жана ички дубал системаларын оорлотот жана учурдагы имараттарды жаңылоону кыйындатат. Жука материалдар болсо көп учурда төмөн жыштыктагы үндөрдү жетиштүү натыйжалуу жута албайт.

Изилдөө караган экинчи көйгөй — экологиялык таасир. Айнек жана минералдык булалар, полимер көбүктөрү, керамикалык түзүлүштөр жана синтетикалык аэрогелдер натыйжалуу үн жуткуч катары колдонулса да, өндүрүш энергиясы, кайра иштетүү, биологиялык ажыроо жана өндүрүштөн кийинки калдыктар жагынан көйгөйлөрдү жаратышы мүмкүн. Ошондуктан изилдөөчүлөр табигый, жаңылануучу, тыгыздыгы төмөн жана иштетүүгө ыңгайлуу чийки зат катары бальса жыгачын тандашкан.

Бальса жыгачы табигый түрдө түтүк сымал клетка боштуктарына, клеткалар аралык өтмөктөргө, чуңкурчаларга жана жыгач нурларына ээ. Бирок иштетилбеген жыгачтын клетка дубалдары көбүнчө жабык жана иреттүү болгондуктан, үн толкундарынын түзүлүштүн ичине жетиштүү кириши кыйындайт. Үн энергиясынын олуттуу бөлүгү беттен чагылат. Ошондуктан изилдөөнүн негизги максаты — жыгачтын табигый макроскопиялык формасын сактап, ички түзүлүшүн ачыгыраак, татаалыраак жана өз ара байланышкан тешикчелер тармагына айландыруу.

Эмне үчүн бальса жыгачы тандалган?

Изилдөөдө бальса жыгачын тандоо бир нече касиетке негизделген:

• Тыгыздыгы төмөн жана табигый түрдө тешиктүүлүгү жогору болушу,
• Өсүү цикли кыска дарак түрү катары бааланышы,
• Айкын клеткалык жана катмарлуу ички түзүлүшкө ээ болушу,
• Кесүүгө жана иштетүүгө ыңгайлуу болушу,
• Химиялык иштетүүдөн кийин негизги геометриясын сактай алган үзгүлтүксүз клеткалык скелетке ээ болушу.

Изилдөөчүлөрдүн максаты жыгачты майдалап, кайра көбүк же композит түрүндө өндүрүү эмес, учурдагы жыгач тулкусунун табигый архитектурасын түздөн-түз пайдалануу болгон. Ошентип, клетка каналдары, жыгач нурлары жана клеткалар аралык боштуктар үн толкундары жүрө алган табигый жолдорго айландырылат.

Табигый жыгач кантип иерархиялык тешикчелүү материалга айландырылды?

Үлгүлөр диаметри 29 mm жана 100 mm, калыңдыгы 10 mm болгон дисктер түрүндө даярдалган. Эки башка диаметрди колдонуунун себеби — ар башка жыштык аймактарында өлчөө жүргүзө алган эки өзүнчө импеданс түтүгүнө ылайыктуу үлгүлөрдү даярдоо.

Биринчи этапта бальса жыгачы уксус кислотасы менен pH 6га туураланган, салмак боюнча %2 натрий хлорити эритмесинде 105 °Cде иштетилген. Делигнификация убактысы 12, 16, 20 жана 24 саат деп белгиленип, эритме ар төрт саат сайын алмаштырылган. Бул этаптын негизги максаты лигнинди кычкылдандырып, кичирээк жана сууда эрүүчү бөлүктөргө айландыруу жана жыгач клеткаларын бири-бирине байланыштырып турган компоненттердин бир бөлүгүн алып салуу болгон.

Экинчи этапта үлгүлөр салмак боюнча %4 натрий гидроксиди эритмесинде 100 °Cде 2, 4, 6 же 8 саат иштетилген. Щелочтук иштетүү гемицеллюлозаны алып салууга, клетка дубалдарынын шишишине жана целлюлоза скелетинин кайра уюшулушуна шарт түзгөн.

Химиялык иштетүү аяктагандан кийин үлгүлөр −80 °Cде тоңдурулуп, 72 саат бою лиофилдик кургатылган. Бул кургатуу ыкмасы суюктукту түздөн-түз буу фазасына өткөрүп, кадимки кургатууда тешикчелердин урап түшүшүн чектөөгө багытталган.

Үлгүлөр төмөнкүдөй белгиленген:

Изилдөөдө өзгөчө SAW4 үлгүсү, башкача айтканда делигнификациядан кийин төрт саат щелочтук иштетүүдөн өткөн үлгү, кеңири акустикалык, тешиктүүлүк, симуляция жана жылуулук көрсөткүчтөрүн баалоодо алдыга чыгарылган.

Электрондук микроскоп сүрөттөрү эмнени көрсөтөт?

Иштетилбеген NW үлгүсүндө клеткалар иреттүү, клетка дубалдары бүтүн жана жыгач нурлары айкын геометрияга ээ. Клетка боштуктары бар болгону менен алардын ортосундагы байланыштар чектелүү. Түзүлүш иреттүү аары уясына окшош, бирок өтмөктөрү салыштырмалуу жабык система көрүнүшүндө.

Делигнификациядан кийин клетка дубалдары жукарып, клетка боштуктары кеңейип, айрым клеткалар бири-биринен айкыныраак бөлүнгөн. Жыгач нурларынын аралыгы көбөйүп, клеткалар аралык боштуктар кеңейип, бетте майда жаракалар пайда боло баштаган.

Щелочтук иштетүүдөн кийин бул өзгөрүү андан ары күчөгөн. Клетка дубалдары шишүү жана кайра уюшулуу таасиринен улам бир калыпсыз болуп, кичине, орточо жана чоң тешикчелер чогуу жайгашкан байланышкан тармак түзүлгөн. Клетка чуңкурчалары, кеңейген клетка боштуктары, клеткалар аралык аралыктар жана беттик жаракалар үн толкундары материалдын ичине кире ала турган ар башка өлчөмдөгү каналдарды пайда кылган.

Бул түзүлүш “иерархиялык тешикчелүү” деп аталат. Бул жерде иерархиялык деген сөз бардык тешикчелердин диаметри бирдей эмес экенин; нанометрден микрометрге жана андан чоң клеткалык боштуктарга чейин созулган ар башка масштабдар бир эле түзүлүштө чогуу бар экенин билдирет.

Тешикчелердин бөлүштүрүлүшү кандай өзгөргөн?

Газ адсорбциясы-десорбциясы ийри сызыктарында табигый жыгачтын адсорбция жана десорбция сызыктары дээрлик үстү-үстүнө түшкөн. Бул иреттүү жана чектелүү тешикче түзүлүшүн көрсөтөт. DW16, DW20 жана SAW4 үлгүлөрүндө болсо айкын гистерезис циклдери пайда болгон. Циклдердин кеңейиши татаалыраак тешикче геометриялары жана кеңири тешикче өлчөмү бөлүштүрүлүшү калыптанганын билдирет деп чечмеленген.

Сымап порозиметриясынын натыйжаларында табигый жыгачтын тешикчелери болжол менен 60 nm менен 800 μm аралыгында бөлүштүрүлгөн. Делигнификация өнүккөн сайын бөлүштүрүлүш чоңураак тешикче диаметрлерине жылып, кеңейген. Щелочтук иштетүүдөн кийин жалпы тешикче көлөмү дагы көбөйгөн. SAW4 үчүн билдирилген эң жогорку тешиктүүлүк %95,34.

Бул үлгүнүн көлөмүнүн өтө чоң бөлүгү катуу клетка дубалынан эмес, аба камтыган боштуктардан турарын билдирет. Бирок жогорку тешиктүүлүк өз алдынча жакшы үн жутуу үчүн жетишсиз. Тешикчелер ачык болушу, бири-бирине байланышышы, үн толкундары ичкери кире алышы жана ичинде жетиштүү узун, ийри-буйру жолдор түзүлүшү да керек.

Химиялык анализдер кайсы компоненттер алып салынганын көрсөттү?

Рентгендик дифракция өлчөөлөрүндө 14° менен 35° аралыгындагы (101), (002) жана (040) тегиздиктерине туура келген целлюлоза I кристаллдык түзүлүшү сакталган. Башкача айтканда, колдонулган иштетүүлөр целлюлозанын кристаллдык түрүн башка целлюлоза формасына өзгөрткөн эмес. Ошол эле учурда салыштырмалуу кристаллдуулук NWден DWге, андан SAWга карай өскөн. Изилдөөчүлөр бул өсүштү аморфтук лигнин менен гемицеллюлозанын алып салынышынын натыйжасында целлюлозанын жалпы материалдагы салыштырмалуу үлүшүнүн көбөйүшү менен түшүндүрүшкөн.

Кристаллдуулук индекси Segal катышы менен эсептелген:

\[ CrI(\%)=\frac{I_{002}-I_{am}}{I_{002}}\times 100 \]

Бул жерде:

• \(I_{002}\), болжол менен \(2\theta=22{,}5^\circ\) абалындагы кристаллдык чокунун интенсивдүүлүгүн,
• \(I_{am}\), болжол менен \(2\theta=18^\circ\) абалындагы аморфтук аймактын интенсивдүүлүгүн билдирет.

Бул катыш өлчөнгөн сигналдын канча бөлүгү иреттүү кристаллдык целлюлоза аймактарына байланыштуу экенин көрсөткөн салыштырмалуу көрсөткүч. Изилдөөдө бул маанилердин деталдары кошумча Таблица S2ге шилтемеленген; бирок берилген негизги PDFте аталган кошумча таблица жок болгондуктан сандык кристаллдуулук маанилерин текшерүү мүмкүн эмес.

FTIR анализинде лигнинге тиешелүү деп көрсөтүлгөн 1593, 1503 жана 1642 cm⁻¹ тилкелеринин делигнификациядан кийин алсыроосу лигниндин алып салынышы менен байланыштырылган. Щелочтук иштетүүдөн кийин 1734 жана 1238 cm⁻¹ тилкелеринин жоголушу болсо гемицеллюлозанын натрий гидроксиди эритмесинде эриши менен байланыштырылган.

XPS анализинде көмүртек жана кычкылтек сигналдары гана байкалган. Изилдөөчүлөр мындан иштетүү учурунда материалга өлчөнө турган деңгээлде жаңы элемент кошулган эмес деген жыйынтык чыгарышкан. C1s спектрлерин ажыратуу көмүртек байланыштарынын салыштырмалуу үлүштөрү өзгөргөнүн көрсөткөн. SAW4 үлгүсүндө C–OH байланыштарынын салыштырмалуу үлүшү %50,49га чейин өсүп, O–C–O байланыштарынын үлүшү %9,27 деп берилген. Бул өзгөрүүлөр лигнин жана гемицеллюлоза алынып салынгандан кийин целлюлозага бай скелет калгандыгы менен байланыштырылган.

Үн жутуу коэффициенти кантип өлчөнгөн?

Үн жутуу коэффициенти Brüel & Kjær импеданс түтүгү системасы жана эки микрофондуу өткөрүү функциясы ыкмасы менен өлчөнгөн. Система ички диаметри 29 mm жана 100 mm болгон эки түтүктөн жана Type 2718 кубат күчөткүчүнөн турат. Кичине түтүктө ар бир үлгү үчүн кеминде беш, чоң түтүктө кеминде эки кайталоо жүргүзүлгөн.

Эки микрофон позициясынын ортосундагы өткөрүү функциясы изилдөөдө төмөнкүдөй аныкталган:

\[ H_{12}=\frac{S_{12}}{S_{11}}=H_r+jH_i \]

Бул жерде \(S_{12}\), эки микрофон позициясындагы комплекстүү үн басымдарынан алынган чоңдукту; \(S_{11}\), биринчи микрофон позициясындагы тиешелүү чоңдукту билдирет. \(H_r\), өткөрүү функциясынын чыныгы бөлүгү; \(H_i\) болсо элестүү бөлүгү. \(j\), элестүү бирдикти көрсөтөт.

Чагылуу фактору төмөнкү катыш менен эсептелген:

\[ r=|r|e^{j\phi_r}=r_r+jr_i= \frac{H_{12}-H_1}{H_R-H_{12}}e^{2jk_0x_1} \]

Бул жерде \(r_r\) чагылуу факторунун чыныгы, \(r_i\) элестүү бөлүгү. \(x_1\), үлгү менен алыскы микрофондун ортосундагы аралыкты; \(\phi_r\), чагылуу факторунун фаза бурчун; \(H_1\), келген толкундун өткөрүү функциясын; \(H_R\) болсо чагылган толкундун өткөрүү функциясын билдирет.

Үн жутуу коэффициенти андан кийин төмөнкүдөй аныкталган:

\[ \alpha=1-|r|^2=1-r_r^2-r_i^2 \]

\(\alpha=0\) болушу идеалдаштырылган учурда үн энергиясы жутулбаганын; \(\alpha=1\) болушу келген үн энергиясы толугу менен жутулганын билдирет. Реалдуу материалдарда коэффициент жыштыкка көз каранды; бир эле материал бир жыштыкта жогорку, башка жыштыкта төмөн жутуучулук көрсөтүшү мүмкүн.

Ызы-чууну азайтуу коэффициенти NRC төмөнкү орточо менен эсептелген:

\[ NRC=\frac{A_{250}+A_{500}+A_{1000}+A_{2000}}{4} \]

Бул жерде \(A_{250}\), \(A_{500}\), \(A_{1000}\) жана \(A_{2000}\), тиешелүүлүгүнө жараша 250, 500, 1000 жана 2000 Hzдеги үн жутуу коэффициенттери. Ошондуктан NRC бүт жыштык ийри сызыгын өз алдынча чагылдырбайт; ал төрт борбордук жыштыктагы маанилердин орточосу гана.

Табигый жана химиялык иштетилген жыгачтын акустикалык айырмасы

Иштетилбеген NW үлгүсү изилденген жыштык диапазонунун көп бөлүгүндө өтө төмөн үн жутуу коэффициенттерин көрсөткөн. Делигнификация колдонулганда көрсөткүч байкаларлык жогорулаган. Бирок делигнификация убактысын улам узартуу үн жутуу коэффициентин ошол эле өлчөмдө көбөйткөн эмес. Башкача айтканда, лигнинди узагыраак алып салуу өз алдынча чексиз көрсөткүч өсүшүн камсыздаган эмес.

Делигнификациядан кийин колдонулган щелочтук иштетүү айрыкча орто жана жогорку жыштыктарда үн жутууну андан ары жогорулатып, төмөн жыштык аймагында да байкаларлык жакшыртуу берген. Бул жалпы тешикчелердин саны көбөйгөнүнө гана эмес, ар башка өлчөмдөгү тешикчелердин бирге пайда болушуна байланыштырылган.

Кыскача мазмунда өкүл материал үчүн NRC = 0,377 деп билдирилген. Салыштыруу графиктери айрым калыңыраак аэрогель жана булалуу материалдар мындан жогорку NRC маанилерине жете аларын көрсөтөт. Бул изилдөө баса белгилеген нерсе абсолюттук эң жогорку NRC маанисине жетүү эмес, болжол менен 10 mm калыңдыкта жана 0,040 g/cm³ тыгыздыкта атаандаштыкка жөндөмдүү акустикалык маани алуу.

Тешикчелүү жыгач үндү эмне үчүн жутат?

Изилдөөчүлөр үн энергиясын жоготуунун үч негизги механизмин аныкташкан.

1. Илешкектүү сүрүлүү жоготуулары

Үн толкуну абанын алдыга-артка термелүүсү аркылуу тарайт. Аба өтө кууш жана ийри-буйру тешикчелерден өткөндө клетка дубалдары менен сүрүлөт. Тешикчелердин беттик аянты чоңойгон сайын жана үн жүргөн жол узарган сайын бул сүрүлүү көбөйөт. Үн энергиясынын бир бөлүгү өтө кичине масштабда жылуулукка айланат.

2. Жылуулук жоготуулары

Үн толкуну тешикчелердеги абаны мезгил-мезгили менен кысып жана кеңейтет. Бул цикл учурунда абанын температурасы майда өзгөрүүлөргө дуушар болот. Аба менен катуу клетка дубалдарынын ортосундагы жылуулук алмашуу кайтарылгыс энергия жоготууларына алып келет. Бул процесс да үн энергиясынын азайышына салым кошот.

3. Көп жолку чагылуу жана чачыроо

Үн толкундары жукарган клетка дубалдарына, жыгач нурларына, беттик жаракаларга жана клеткалар аралык өтмөктөргө жолуккан сайын багытын өзгөртөт. Бир жалпак беттен түз артка кайтуунун ордуна түзүлүштүн ичинде кайра-кайра чагылат жана чачырайт. Ошентип, толкундун ичинде өткөргөн убактысы жана басып өткөн жалпы жолу көбөйүп, сүрүлүү жана жылуулук жоготуу механизмдери натыйжалуураак болот.

Ар башка өлчөмдөгү тешикчелер бир эле жыштыктар менен бирдей өз ара аракеттенбейт. Чоң боштуктар төмөнүрөөк мүнөздүү жыштыктар, кичине боштуктар болсо жогорураак жыштыктар менен өз ара аракеттенүүгө жакын. Ошондуктан материалдагы тешикче өлчөмдөрүнүн кеңири бөлүштүрүлүшү кеңири жыштык тилкесинде энергия жоготуусуна жардам берет.

COMSOL жана Johnson–Champoux–Allard модели эмне үчүн колдонулган?

Эксперименттик ийри сызыктардын артындагы физикалык механизмди изилдөө үчүн COMSOL программасы жана Johnson–Champoux–Allard модели колдонулган. JCA модели тешикчелүү материалдын акустикалык жүрүм-турумун түздөн-түз химиялык курам боюнча гана эмес, төмөнкү түзүмдүк параметрлер боюнча баалоого аракет кылат:

• Тешиктүүлүк,
• Аба агымына каршылык,
• Ийри-буйрулук же тортүоздук,
• Илешкектүү мүнөздүү узундук,
• Жылуулук мүнөздүү узундугу.

Симуляция модели үч аймактан түзүлгөн: жогору жагында чагылууларды жасалма басаңдаткан кемчиликсиз шайкеш катмар, ортодо аба аймагы жана ылдыйда тешикчелүү жыгач үлгүсү. 1800 Hzде эсептелген үн басымынын таралышы үн толкуну тешикчелүү катмарга киргенден кийин анын амплитудасы тез төмөндөгөнүн көрсөткөн.

Кызыл жана көк аймактардан турган толкун үлгүсү келген толкун менен ичинде чагылган толкундардын интерференциясын билдирет. Тереңдик көбөйгөн сайын басым амплитудасынын азайышы илешкектүү жана жылуулук жоготуулар материалдын ичинде таасирдүү экенин колдогон симуляциялык натыйжа катары чечмеленген.

Симуляция ийри сызыгы эксперименттик SAW4 ийри сызыгына сапаттык жактан окшош тенденция көрсөткөн. Изилдөө толук сандык ката талдоосун же бардык жыштыктар боюнча так дал келүүнү бербейт. Ошондуктан симуляция эксперименттин так сандык көчүрмөсү эмес, байкалган тенденцияны түшүндүргөн физикалык модель катары бааланышы керек.

Helmholtz резонаторуна окшоштуруу

Изилдөөчүлөр айрым клетка боштуктарынын жүрүм-турумун түшүндүрүү үчүн Helmholtz резонаторуна окшош сапаттык мамиле колдонушкан. Изилдөөдө берилген катыш төмөнкүдөй:

\[ f_0=\frac{c}{2\pi}\sqrt{\frac{S}{VL_K}} =\frac{c}{2\pi}\sqrt{\frac{\pi r^2}{V(t+0.8c)}} \]

Тексттеги түшүндүрмө боюнча:

• \(f_0\), мүнөздүү резонанс жыштыгын,
• \(c\), үн ылдамдыгын,
• \(S\), кирүү аянтын,
• \(r\), кирүү радиусун,
• \(V\), боштуктун көлөмүн,
• \(t\), дубалдын калыңдыгын билдирет.

Макаланын өз теңдеме жазылышында символдордун шайкешсиздиги бар. Биринчи туюнтмада \(L_K\) колдонулганы менен коштоочу текстте \(L_K\) так аныкталган эмес. Мындан тышкары, экинчи туюнтманын акыркы оңдоо мүчөсүндө \(t+0.8c\) деп жазылган, бирок түшүндүрмө текстинде кирүү диаметрин билдирген \(d\) өзгөрмөсү аныкталат. Теңдеме бул жерде preprintте берилген түрүндө келтирилген; символ \(c\) болушу керекпи же \(d\) болушу керекпи, изилдөө тексти боюнча так текшерүү мүмкүн эмес.

Изилдөөчүлөр бул теңдемени материалдын бүт жүрүм-турумун түшүндүргөн так модель катары сунушташпайт. Чыныгы SAW4 түзүлүшүндөгү боштуктар идеалдуу, бири-биринен бөлүнгөн резонаторлор эмес. Тешикчелер өз ара байланышкан, иретсиз жана ар башка өлчөмдө. Демек, кең тилкелүү үн жутуу жергиликтүү резонанстар, илешкектүү сүрүлүү, жылуулук жоготуулар жана көп жолку чачыроо биргелешип жараткан натыйжа катары чечмеленген.

Куту түрүндөгү ызы-чууну азайтуу эксперименти эмнени көрсөттү?

SAW4 үлгүсү практикалык түзүлүштө ызы-чууну азайта аларын көрсөтүү үчүн куту түрүндөгү сапаттык эксперимент жүргүзүлгөн. Үн деңгээли үлгү колдонулганга чейин 96,5 dB; үлгү жайгаштырылгандан кийин 68,5 dB болуп өлчөнгөн. Айырма 28 dB.

Бул натыйжа материал эксперименттик түзүлүштө байкаларлык үн азайтуу жаратканын көрсөтөт. Бирок бул маани имараттын дубалы, шып же бөлүүчү элемент түздөн-түз 28 dB талаа изоляциясын берет дегенди билдирбейт. Кутунун геометриясы, үн булагы, микрофондун орду, агып кетүүлөр, үлгүнүн жайгашуу ыкмасы жана чөйрө шарттары өлчөөгө таасир этиши мүмкүн. Изилдөө да бул экспериментти сапаттык практикалык баалоо катары сүрөттөгөн.

Мындан тышкары, импеданс түтүгүндө өлчөнгөн үн жутуу коэффициенти менен эки мейкиндиктин ортосундагы үн өткөрүү жоготуусу бир эле касиет эмес. Жогорку үн жутуу бөлмөдөгү реверберацияны жана чагылууларды азайтышы мүмкүн; бирок дубалдын үнүн каршы тарапка өткөрбөө даражасын аныктоо үчүн өзүнчө өткөрүү жоготуусу сыноолору керек. Бул изилдөө мындай сыноону бербейт.

Жылуулук изоляциясы кантип өлчөнгөн?

SAW4 үлгүсүнүн жылуулук өткөрүмдүүлүгү 0,048 W/(m·K) болуп өлчөнгөн. Төмөн жылуулук өткөрүмдүүлүк белгилүү температура айырмасында материал аркылуу жылуулук агымы азыраак өтөрүн билдирет.

Жылуулук жүрүм-турумун визуалдаштыруу үчүн калыңдыгы 10 mm болгон SAW4 үлгүсү 120 °Cде кармалган ысык плитага жайгаштырылган. Инфракызыл термография менен үлгүнүн калыңдыгы боюнча температуранын таралышы байкалган. Деталдуу термалдык сүрөттө жогорку аймактагы SP1 чекити башында 33 °C болсо, 60 мүнөттөн кийин 51,6 °Cге жеткен. Ысык бетке жакын SP2 чекити ошол эле убакта 91 °Cден 107 °Cге көтөрүлгөн. Алтымышынчы мүнөттө эки өлчөө чекитинин ортосунда болжол менен 55,4 °C температура айырмасы сакталган.

Макаланын биринчи схемалык кыскача сүрөтүндө 60 мүнөттөн кийинки бет температурасы 49,2 °C деп көрсөтүлсө, деталдуу термалдык сүрөттө SP1 мааниси 51,6 °C деп берилген. Текст бул эки сан арасындагы айырма ар башка өлчөө чекиттериненби же ар башка эксперименттик кайталоолордонбу келип чыкканын түшүндүрбөйт.

Тешикчелүү түзүлүш жылуулук өтүшүн эмне үчүн жайлатат?

Жылуулук изоляция механизми түзүлүштүн үч негизги касиети менен түшүндүрүлгөн:

• Камалып калган аба: Көп сандаган кичине тешикчелердеги аба тез массалык аба кыймылын чектеп, конвективдик жылуулук өтүшүн азайтат.
• Ийри-буйру катуу жолдор: Жылуулук катуу целлюлоза клетка дубалдары аркылуу өткөндө түз жолдун ордуна узун жана ийри-буйру маршрут менен жүрүүгө мажбур болот.
• Чачыроо жана чагылуу: Көп катмарлуу, иретсиз клеткалык түзүлүш жылуулук нурлануусунун түз өтүшүн чектеген көптөгөн чек ара беттерин түзөт.

Бул жердеги негизги ой — бир эле ички түзүлүш үн жана жылуулук үчүн ар башка жол менен пайдалуу. Үн толкуну үчүн ийри-буйру тешикчелер сүрүлүүнү жана чачыроону көбөйтөт, ал эми жылуулук үчүн ошол эле ийри-буйру тармак түз өткөрүү жолун узартат.

Термогравиметриялык анализ эмнени көрсөттү?

NW, DW16, DW20 жана SAW4 үлгүлөрү 30 °Cден 600 °Cге чейин мүнөтүнө 10 °C ылдамдыкта ысытылган. Негизги пиролиз аймагы болжол менен 250–400 °C аралыгында болгон. Иштетилбеген жыгач лигнин, гемицеллюлоза жана целлюлозанын биргелешкен ажыроосуна туура келген, болжол менен 340 °C аймагындагы кең масса жоготуу чокусун көрсөткөн.

Химиялык иштетүүдөн кийин негизги ажыроо чокусу жогорураак температураларга жылып, күчтүүрөөк болгон. Изилдөөчүлөр муну жылуулук туруктуулугу төмөн гемицеллюлоза жана лигнин компоненттеринин алып салынышы жана үлгүдөгү целлюлоза үлүшүнүн көбөйүшү менен байланыштырышкан. SAW үлгүсүнүн пиролизден кийинки калдык массасы NW жана DWге салыштырмалуу төмөн болгон.

Бул натыйжа түздөн-түз өрттөн коргонуу дегенди билдирбейт. TGA көзөмөлдөнгөн шартта температура жогорулаганда масса жоготуусун өлчөйт. Жалындын таралышы, тутануу убактысы, түтүн чыгышы, өрт классы жана реалдуу курулуш өртүндөгү көрсөткүч үчүн башка сыноолор талап кылынат. Изилдөөдө мындай сыноолор жүргүзүлгөн эмес.

Изилдөөнүн өткөн, азыркы жана келечек үчүн мааниси

Өткөн мезгил жагынан жыгач негизиндеги үн жутуучу изилдөөлөр көбүнчө жыгачтын туурасынан кесилишиндеги табигый тешикчелерди пайдаланган же буу жардыруу, жылуулук иштетүү жана ар башка химиялык модификацияларды колдонгон. Бирок иштетилбеген жыгачтын үн жутуусу адатта чектелүү болуп, айрым химиялык ыкмаларда экологиялык жүк же кичине үлгү аянты көйгөйлөрү чыккан.

Азыркы учур жагынан бул изилдөөнүн салымы — болжол менен 10 mm калыңдыкта, өтө төмөн тыгыздыкта жана ошол эле учурда төмөн жылуулук өткөрүмдүүлүккө ээ үзгүлтүксүз жыгач скелетин иштеп чыгуу. Изилдөө акустикалык көрсөткүчтү бир гана өлчөө менен эмес; импеданс түтүгү эксперименттери, электрондук микроскопия, тешикче анализи, химиялык мүнөздөө, термография жана COMSOL симуляциясы менен чогуу түшүндүрүүгө аракет кылган.

Келечек жагынан материал ички дубал каптамалары, шып панелдери, машиналардын айланасындагы акустикалык элементтер же мейкиндик чектелген жаңылоо долбоорлору үчүн изилдениши мүмкүн. Бирок аны реалдуу курулуш продуктусуна айландыруу үчүн чоңураак панелдерди өндүрүү, бириктирүү деталдары, өрт коопсуздугу, нымга туруктуулук, механикалык бүтүндүк, беттин эскириши, биологиялык туруктуулук, тазалоо, эмиссия, нарк жана узак мөөнөттүү көрсөткүчтөр бааланышы керек.

Изилдөөнүн күчтүү жактары

• Акустикалык, жылуулук, микротүзүмдүк жана химиялык анализдерди бир изилдөөнүн ичинде бириктириши,
• Үн жутуу механизмин эксперимент жана сандык симуляция менен бирге түшүндүрүүгө аракет кылышы,
• Жалпы тешиктүүлүктү гана эмес, тешикче өлчөмүнүн бөлүштүрүлүшүн жана байланыштуулугун да изилдеши,
• 10 mm сыяктуу салыштырмалуу жука үлгү калыңдыгында өлчөө жүргүзүшү,
• Иштетилбеген, делигнификацияланган жана кошумча щелочтук иштетилген үлгүлөрдү салыштырышы,
• Кичине жана чоң импеданс түтүктөрүндө кайталанма өлчөөлөрдү жүргүзүшү,
• Үн жутуу менен жылуулук өткөрүмдүүлүктү бир эле материалдык архитектура аркылуу байланыштыруусу.

Изилдөөнүн чектөөлөрү жана тексттеги белгисиздиктер

• Изилдөө рецензиядан өтпөгөн preprint болуп саналат.
• Кыскача мазмунда жыштык диапазону 200–64.000 Hz деп жазылган; бирок акустикалык графиктердин огу болжол менен 0–7.000 Hz аралыгында. Ошондуктан 64 kHz жогорку чеги тексттин ичинде ырааттуу текшерилбейт.
• NRC мааниси 250, 500, 1000 жана 2000 Hzдеги төрт коэффициенттин орточосу гана; бүт жыштык диапазонунун жалгыз өлчөмү эмес.
• Импеданс түтүгү нормал багытта келген үн толкундары менен кичине үлгүлөрдү өлчөйт. Реалдуу бөлмөлөрдө үн ар башка бурчтардан келет жана монтаж деталдары натыйжаны өзгөртөт.
• Куту түрүндөгү 28 dB азайтуу эксперименти сапаттык мүнөздө жана стандарттуу имарат акустикасынын талаа сыноосу эмес.
• Үн өткөрүү жоготуусу, аба аркылуу тараган үндүн изоляциясы же сокку үнүнүн көрсөткүчү өлчөнгөн эмес.
• Узак мөөнөттүү ным, температуралык цикл, тоңуу-эрүү, биологиялык бузулуу жана эскирүү сыноолору жок.
• Кысуу, созуу, ийүү, сокку жана бириктирүү бекемдиги сыяктуу механикалык касиеттер билдирилген эмес.
• Өрт коопсуздугу жана жалынды жайлатуучу көрсөткүчтөр текшерилген эмес.
• Химиялык калдыктар, ички чөйрөдөгү эмиссиялар жана колдонуучунун коопсуздугу бааланган эмес.
• Изилдөө материалды экологиялык жактан жагымдуу жана туруктуу деп мүнөздөйт; бирок жашоо циклинин анализи, энергия керектөө, суу колдонуу же химиялык заттарды кайра калыбына келтирүү эсептелген эмес.
• Өндүрүш ыкмасы эки ысык химиялык иштетүүнү, −80 °Cде тоңдурууну жана 72 саат лиофилдик кургатууну камтыйт. Ошондуктан тексттеги “татаал химиялык иштетүүнү талап кылбаган оңой өндүрүш” деген сөз эксперименттик протокол менен бирге этият чечмелениши керек.
• Чоң аянттуу курулуш панелин өндүрүү эксперименттик түрдө көрсөтүлгөн эмес. Эң чоң үлгүнүн диаметри 100 mm.
• Кристаллдуулук маанилери жана айрым кошумча натыйжалар S1, S2, S3 жана Таблица S2ге шилтемеленген; бул кошумча материалдар берилген негизги PDFте жок.
• Helmholtz окшоштуруусундагы теңдемеде символ жана өзгөрмө аныктамаларынын шайкешсиздиги бар.

Изилдөө эмнени айтат, эмнени айтпайт?

Изилдөөнүн Ыкмасы жана Натыйжалары

Эксперименттик иш агымы

1. Бальса жыгачы диаметри 29 mm жана 100 mm, калыңдыгы 10 mm болгон үлгүлөргө кесилди.
2. Үлгүлөр pH 6га туураланган %2 натрий хлорити эритмесинде 105 °Cде 12–24 саат делигнификацияланды.
3. Эритме ар төрт саат сайын жаңыланып, иштетүүдөн кийин үлгүлөр суу менен жуулду.
4. Тандалган үлгүлөр %4 натрий гидроксиди эритмесинде 100 °Cде 2–8 саат иштетилди.
5. Үлгүлөр деиондоштурулган суу менен жуулду.
6. −80 °Cде тоңдурулуп, 72 саат лиофилдик кургатылды.
7. Түзүлүш жана курам SEM, FTIR, XRD, XPS, газ адсорбциясы жана сымап порозиметриясы менен изилденди.
8. Импеданс түтүгүндө өткөрүү функциясы ыкмасы менен үн жутуу коэффициенти өлчөндү.
9. Акустикалык талаа COMSOL жана JCA модели менен симуляцияланды.
10. Жылуулук өткөрүмдүүлүк, инфракызыл термография жана термогравиметриялык анализ менен жылуулук жүрүм-туруму бааланды.

Колдонулган негизги шаймандар жана шарттар

Негизги сандык натыйжалар

Сүрөттөрдүн илимий мааниси

1-сүрөт, материал имаратта ызы-чууну азайтуу жана ысык-суук өтүшүн чектөө максатында колдонулушу мүмкүн деген концептуалдык мамилени көрсөтөт. Табигый жыгачтан иерархиялык тешикчелүү түзүлүшкө өтүү жана 10 mm калыңдыктагы материалды башка акустикалык материалдар менен салыштыруу жалпыланат.

2-сүрөт, табигый жыгач менен SAW4 ортосундагы микротүзүм айырмасын, адсорбция-десорбция ийри сызыктарын жана тешикче өлчөмдөрүнүн бөлүштүрүлүшүн бирге көрсөтөт. Негизги ой — химиялык иштетүүдөн кийин тешикчелердин чоңоюшу гана эмес, бөлүштүрүлүшүнүн кеңейиши жана клеткалар аралык байланыштардын көбөйүшү.

3-сүрөт, XPS, XRD жана FTIR маалыматтары лигнин менен гемицеллюлоза алынганын, целлюлоза I кристаллдык түрү сакталганын жана материалга жаңы элемент кошулбаганын колдойт. Химиялык механизм схемасы натрий хлорити лигнинди кычкылдандырганын жана натрий гидроксиди гемицеллюлозаны гидролиз, самындаштыруу жана сыйрылуу реакциялары менен алып салганын көрсөтөт.

4-сүрөт, жыштыкка көз каранды үн жутуу ийри сызыктарын, эксперимент-симуляция салыштыруусун, NRC-тыгыздык жана NRC-калыңдык байланыштарын, 1800 Hzдеги үн басымы талаасын жана сунушталган үн жутуу механизмин көрсөтөт. Табигый жыгачтын төмөн жутуучулугу менен химиялык иштетилген үлгүлөрдүн кең тилкедеги жүрүм-туруму айкын айырмаланат.

5-сүрөт, TGA жана DTG ийри сызыктарын, ысык плита үстүндөгү инфракызыл термалдык сүрөттөрдү жана тешикчелүү түзүлүш жылуулук өтүшүн кантип чектей турганын көрсөткөн схеманы берет. Сүрөттө сунушталган имарат көрүнүшү колдонуу сценарийи гана; реалдуу имараттагы талаа экспериментинин натыйжасы эмес.

Булак жана Ыкма Жөнүндө Эскертүү

Бул мазмун Rui Yang, Haiyang Lu, Xiaoli Wu, Jing Zhou, Linghui Qi, Xiaoqi Yang, Yue Ni, Tao Ding, Jianzhang Li жана Changlei Xia даярдаган “Lightweight and Hierarchically Porous Wood for Broadband Sound Absorption and Thermal Insulation” аттуу изилдөөгө негизделген.

Изилдөө SSRN платформасында электрондук көчүрмөсү жарыяланган preprint изилдөө макаласы. Документте ачык түрдө “This preprint research paper has not been peer reviewed” деген сөз бар. Ошондуктан натыйжалар рецензиядан өткөн жана көз карандысыз тастыкталган акыркы журналдык жыйынтыктар катары каралбашы керек. Текстте изилдөө боюнча текшерүүгө мүмкүн болгон журналга кабыл алуу же макалага тиешелүү DOI маалыматы жок.

Изилдөө лабораториялык масштабдагы эксперименттик материал өндүрүүнү, физикалык жана химиялык мүнөздөөнү, импеданс түтүгүндөгү акустикалык өлчөөлөрдү, жылуулук өлчөөлөрүн жана COMSOL негизиндеги сандык моделдөөнү камтыйт. Бул клиникалык изилдөө, адам же жаныбар эксперименти же талаа масштабындагы имарат колдонмосу эмес.

Макалада берилген натыйжалар сунушталган PDFдеги эксперименттерге, сүрөттөргө, формулаларга жана авторлордун чечмелөөлөрүнө таянып берилген. PDFде жок коммерциялык ийгилик, сериялык өндүрүшкө жарамдуулук, өрт коопсуздугу, так экологиялык артыкчылык, кепилденген имарат көрсөткүчү же узак мөөнөттүү туруктуулук тууралуу дооматтар кошулган эмес.

Авторлор изилдөө Кытайдын Улуттук Табигый Илимдер Фонду тарабынан 32571971 жана 32571964 номерлүү колдоолор менен каржыланганын билдиришкен.

Изилдөөдө жыштыктын жогорку чеги, термалдык сүрөттөрдөгү айрым температура маанилери, Helmholtz окшоштуруусундагы символдор жана өндүрүш процессинин “жөнөкөй” деп мүнөздөлүшү боюнча тексттик карама-каршылыктар бар. Бул пункттар оңдолбостон же кайра чечмеленбестен, preprintте кандай берилсе ошондой түшүндүрүлүп, окурмандын көңүлүнө сунушталган.