Дар ин таҳқиқот сохтори ҳуҷайравии чӯби табиии балса бо коркарди кимиёвӣ суст карда шуда, маводи ҷаббандаи садо бо сӯрохиҳои дорои андозаҳои хеле гуногун ва ба ҳам пайваст, бо ғафсии ҳамагӣ тақрибан 10 миллиметр таҳия шудааст. Муҳаққиқон ин маводро бо хориҷ кардани тадриҷии лигнин ва гемиселлюлозаи чӯби табиӣ, тунук кардани деворҳои ҳуҷайра ва табдил додани каналҳои мавҷудаи чӯб ба шабакаи кушодатари сӯрохҳо омода кардаанд.

Барои намунаи SAW4, ки дар таҳқиқот махсус таъкид шудааст, порозияти максималӣ %95,34 гузориш шудааст. Дар хулосаи мақола зичии мавод 0,040 g/cm³, яъне тақрибан 40 kg/m³ ва коэффисиенти коҳиши садо NRC = 0,377 нишон дода шудааст. Қимати гузаронандагии гармӣ 0,048 W/(m·K) чен шудааст. Ин натиҷаҳо нишон медиҳанд, ки бо вуҷуди хеле сабук будани мавод, он ҳам метавонад қисми энергияи садоро дар дохили сӯрохҳои худ пароканда кунад ва ҳам гузариши гармиро суст намояд.

Ҷабби садо танҳо ба як механизм асос намеёбад. Вақте мавҷҳои садо ба сӯрохҳои чӯб ворид мешаванд, байни ҳаво ва деворҳои сӯрох соиш ба вуҷуд меояд, ҳаво давра ба давра фишурда ва васеъ мешавад, мавҷҳои садо байни деворҳои ҳуҷайра ва шуоъҳои чӯб борҳо инъикос ва пароканда мешаванд. Ҳамин тавр, як қисми энергияи садо тавассути талафоти часпакӣ ва талафоти гармӣ пароканда мегардад. Азбаски сӯрохҳои андозаҳои гуногун метавонанд бо басомадҳои гуногун ҳамкорӣ кунанд, ҳадаф ин аст, ки мавод на дар як диапазони танг, балки дар диапазони васеътари басомадҳо кор кунад.

Бо вуҷуди ин, таҳқиқот ҳанӯз аз баррасии ҳамтоён нагузаштааст. Андозагириҳо бо намунаҳои хурди лабораторӣ анҷом дода шудаанд. Устувории дарозмуддат ба намӣ, бехатарии сӯхтор, мустаҳкамии механикӣ, пиршавӣ, самаранокӣ дар деворҳои воқеии бино, арзиши истеҳсоли оммавӣ ва таъсири экологии раванди коркарди кимиёвӣ таҳқиқ нашудаанд. Таҳқиқот коэффисиенти ҷабби садоро чен мекунад; талафоти интиқоли садо ё самаранокии изолятсияи садо дар саҳро, ки барои унсурҳои сохтмонӣ ҷиҳати пешгирии гузариши садо байни ду ҳуҷра хос аст, нишон дода нашудааст.

Масъалаи асосии таҳқиқот чист?

Дар маводҳои сӯрохдори ҷаббандаи садо одатан як зиддияти тарроҳӣ ба миён меояд. Маводҳои ғафстар ва ҳаҷман калонтар, махсусан дар басомадҳои паст, метавонанд энергияи бештари садоро ҷабб кунанд. Аммо зиёд кардани ғафсӣ фазои истифодашавандаро дар дохили бино кам мекунад, системаҳои фасад ва деворҳои дохилиро вазнинтар месозад ва навсозии биноҳои мавҷударо душвор мекунад. Маводҳои тунук бошад, аксаран садоҳои басомади пастро ба қадри кофӣ самаранок ҷабб карда наметавонанд.

Масъалаи дуюме, ки таҳқиқот баррасӣ мекунад, таъсири экологӣ мебошад. Гарчанде нахҳои шишагӣ ва минералӣ, кафкҳои полимерӣ, сохторҳои керамикӣ ва аэрогелҳои синтетикӣ ҳамчун ҷаббандаҳои муассири садо истифода шуда метавонанд, онҳо аз нигоҳи энергияи истеҳсол, коркарди такрорӣ, биодеградатсия ва партовҳои пас аз истеҳсол мушкилот ба вуҷуд оварда метавонанд. Аз ин рӯ, муҳаққиқон ба чӯби балса ҳамчун ашёи табиӣ, барқароршаванда, зичии паст ва коркардшаванда рӯ овардаанд.

Чӯби балса табиатан дорои холигиҳои ҳуҷайравии найчамонанд, гузаргоҳҳои байниҳуҷайравӣ, чуқурчаҳо ва шуоъҳои чӯбӣ мебошад. Аммо азбаски деворҳои ҳуҷайраи чӯби коркарднашуда асосан пӯшида ва муназзаманд, ворид шудани мавҷҳои садо ба сохтор ба қадри кофӣ душвор мегардад. Қисми назарраси энергияи садо аз рӯйи сатҳ инъикос мешавад. Аз ин рӯ, ҳадафи асосии таҳқиқот ин аст, ки ҳангоми нигоҳ доштани шакли макроскопии табиии чӯб, сохтори дохилии он ба шабакаи сӯрохҳои кушодтар, мураккабтар ва ба ҳам пайваст табдил дода шавад.

Чаро чӯби балса интихоб шуд?

Интихоби чӯби балса дар таҳқиқот бо чанд хусусият асоснок карда шудааст:

• Зичии паст ва табиатан порозияти баланд доштан,
• Ҳамчун навъи дарахти дорои давраи кӯтоҳи афзоиш арзёбӣ шудан,
• Сохтори дохилии ҳуҷайравӣ ва қабат-қабатро равшан нишон додан,
• Барои буридан ва коркард мувофиқ будан,
• Доштани скелети пайвастаи ҳуҷайравӣ, ки пас аз коркарди кимиёвӣ метавонад геометрияи асосии худро нигоҳ дорад.

Ҳадафи муҳаққиқон майда кардани чӯб ва аз нав истеҳсол кардани он дар шакли кафк ё композит нест, балки бевосита истифода бурдани меъмории табиии танаи мавҷудаи чӯб аст. Ҳамин тавр, каналҳои ҳуҷайра, шуоъҳои чӯбӣ ва холигиҳои байни ҳуҷайраҳо ба роҳҳои табиие табдил дода мешаванд, ки мавҷҳои садо дар онҳо ҳаракат карда метавонанд.

Чӣ гуна чӯби табиӣ ба маводи сӯрохдори иерархӣ табдил дода шуд?

Намунаҳо дар шакли дискҳои диаметрашон 29 mm ва 100 mm ва ғафсиашон 10 mm омода карда шуданд. Сабаби истифодаи ду диаметри гуногун истеҳсоли намунаҳое буд, ки ба ду найчаи импедансии ҷудогона, ки дар минтақаҳои гуногуни басомад чен мекунанд, мувофиқ бошанд.

Дар марҳилаи аввал чӯби балса дар маҳлули %2'и хлорити натрий аз рӯи масса, ки pH-и он бо кислотаи сирко то 6 танзим шуда буд, дар 105 °C коркард карда шуд. Муддати делигнификатсия 12, 16, 20 ва 24 соат интихоб шуда, маҳлул ҳар чор соат иваз карда шуд. Ҳадафи асосии ин марҳила оксид кардани лигнин, табдил додани он ба қисмҳои хурдтар ва дар об ҳалшаванда ва хориҷ кардани қисми компонентҳое буд, ки ҳуҷайраҳои чӯбро ба ҳам мепайванданд.

Дар марҳилаи дуюм намунаҳо дар маҳлули %4'и гидроксиди натрий аз рӯи масса дар 100 °C барои 2, 4, 6 ё 8 соат коркард карда шуданд. Коркарди ишқорӣ хориҷ шудани гемиселлюлоза, варам кардани деворҳои ҳуҷайра ва аз нав тартиб ёфтани скелети селлюлозаро таъмин кард.

Пас аз анҷоми коркарди кимиёвӣ намунаҳо дар −80 °C ях карда шуда, дар давоми 72 соат бо усули хушккунии яхбандӣ хушк карда шуданд. Ҳадафи ин усули хушккунӣ гузаронидани моеъ мустақиман ба фазаи буғ ва маҳдуд кардани фурӯпошии сӯрохҳо ҳангоми хушккунии муқаррарӣ буд.

Номгузории намунаҳо чунин аст:

Дар таҳқиқот махсусан намунаи SAW4, яъне намунае, ки пас аз делигнификатсия чор соат коркарди ишқорӣ гирифтааст, дар арзёбиҳои муфассали акустикӣ, порозият, симулятсия ва самаранокии гармӣ таъкид шудааст.

Тасвирҳои микроскопи электронӣ чиро нишон медиҳанд?

Дар намунаи коркарднашудаи NW ҳуҷайраҳо муназзам, деворҳои ҳуҷайра солим ва шуоъҳои чӯб дорои геометрияи равшананд. Гарчанде холигиҳои ҳуҷайравӣ мавҷуданд, пайвастагии байни онҳо маҳдуд аст. Сохтор ба занбӯри асали муназзам монанд аст, аммо гузаргоҳҳо нисбатан бастаанд.

Пас аз делигнификатсия деворҳои ҳуҷайра тунук шуданд, холигиҳои ҳуҷайра васеъ гардиданд ва баъзе ҳуҷайраҳо аз ҳамдигар равшантар ҷудо шуданд. Масофаи байни шуоъҳои чӯб зиёд гардид, фосилаҳои байниҳуҷайравӣ васеъ шуданд ва дар сатҳ тарқишҳои борик пайдо шудан гирифтанд.

Пас аз коркарди ишқорӣ ин тағйирот ба сатҳи боз ҳам пешрафтатар расид. Деворҳои ҳуҷайра аз таъсири варам ва аз нав тартиб ёфтан номунтазамтар шуданд; шабакаи пайвастае ба вуҷуд омад, ки дар он сӯрохҳои хурд, миёна ва калон ҳамзамон мавҷуданд. Чуқурчаҳои ҳуҷайра, холигиҳои васеъшуда, фосилаҳои байни ҳуҷайраҳо ва тарқишҳои сатҳӣ каналҳои андозаҳои гуногунро ба вуҷуд оварданд, ки мавҷҳои садо метавонанд тавассути онҳо ба дохили мавод ворид шаванд.

Ин сохтор “сӯрохдори иерархӣ” номида мешавад. Дар ин ҷо калимаи иерархӣ маънои онро дорад, ки ҳамаи сӯрохҳо диаметри якхела надоранд; миқёсҳои гуногун аз нанометр то микрометр ва холигиҳои ҳуҷайравии калонтар дар як сохтор ҳамзамон мавҷуданд.

Тақсимоти сӯрохҳо чӣ гуна тағйир ёфт?

Дар каҷҳои адсорбсия-десорбсияи газ хатҳои адсорбсия ва десорбсияи чӯби табиӣ қариб ба ҳам рост омадаанд. Ин ба сохтори муназзамтар ва маҳдудтари сӯрохҳо ишора мекунад. Аммо дар намунаҳои DW16, DW20 ва SAW4 ҳалқаҳои равшани гистерезис ба вуҷуд омадаанд. Васеъ шудани ин ҳалқаҳо ҳамчун ташаккули геометрияи мураккабтари сӯрохҳо ва тақсимоти васеътари андозаи сӯрохҳо шарҳ дода шудааст.

Дар натиҷаҳои порозиметрияи симоб сӯрохҳои чӯби табиӣ тақрибан аз 60 nm то 800 μm тақсим шуда буданд. Бо пешрафти делигнификатсия тақсимот ба самти диаметри калонтар ҳаракат карда, васеътар шуд. Пас аз коркарди ишқорӣ ҳаҷми умумии сӯрохҳо боз ҳам зиёд гардид. Барои SAW4 баландтарин порозияти гузоришшуда %95,34 мебошад.

Ин маънои онро дорад, ки қисми хеле зиёди ҳаҷми намуна аз девори сахти ҳуҷайра не, балки аз холигиҳои пур аз ҳаво иборат аст. Аммо танҳо порозияти баланд барои ҷабби хуби садо кофӣ нест. Сӯрохҳо бояд кушода ва ба ҳам пайваст бошанд, мавҷҳои садо ба дохил ворид шуда тавонанд ва дар дохил роҳҳои кофӣ дарозу печдарпеч ба вуҷуд оранд.

Таҳлилҳои кимиёвӣ нишон доданд, ки кадом компонентҳо хориҷ шудаанд?

Дар ченкуниҳои дифраксияи рентгенӣ сохтори кристаллии cellulose I, ки ба ҳамвориҳои (101), (002) ва (040) дар диапазони 14° то 35° мувофиқ аст, нигоҳ дошта шудааст. Ба ибораи дигар, коркардҳо навъи кристаллии селлюлозаро ба шакли дигари селлюлоза табдил надодаанд. Баръакс, кристаллигии нисбӣ аз NW ба DW ва сипас ба SAW афзудааст. Муҳаққиқон ин афзоишро бо хориҷ шудани лигнин ва гемиселлюлозаи аморфӣ ва дар натиҷа зиёд шудани саҳми нисбии селлюлоза дар маводи умумӣ шарҳ додаанд.

Индекси кристаллигӣ бо муносибати Segal ҳисоб карда шудааст:

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

Дар ин ҷо:

• \(I_{002}\), шиддати қуллаи кристаллӣ дар мавқеи тақрибан \(2\theta=22{,}5^\circ\)-ро,
• \(I_{am}\), шиддати минтақаи аморфӣ дар мавқеи тақрибан \(2\theta=18^\circ\)-ро ифода мекунад.

Ин нисбат нишондиҳандаи нисбӣ аст, ки чӣ қадар аз сигнали ченшуда бо минтақаҳои муназзами кристаллии селлюлоза алоқаманд аст. Дар таҳқиқот ҷузъиёти ин қиматҳо ба Ҷадвали иловагии S2 равона карда шудаанд; аммо азбаски ҷадвали мазкур дар PDF-и асосии пешниҳодшуда мавҷуд нест, қиматҳои рақамии кристаллигӣ тасдиқ карда намешаванд.

Дар таҳлили FTIR суст шудани бандҳои 1593, 1503 ва 1642 cm⁻¹, ки ба лигнин нисбат дода шудаанд, пас аз делигнификатсия бо хориҷ шудани лигнин алоқаманд дониста шудааст. Нопадид шудани бандҳои 1734 ва 1238 cm⁻¹ пас аз коркарди ишқорӣ бошад, ба ҳал шудани гемиселлюлоза дар маҳлули гидроксиди натрий нисбат дода шудааст.

Дар таҳлили XPS танҳо сигналҳои карбон ва оксиген мушоҳида шудаанд. Аз ин муҳаққиқон хулоса карданд, ки дар ҷараёни коркард ба мавод дар сатҳи ченшаванда унсури нав илова нашудааст. Ҷудокунии спектрҳои C1s нишон дод, ки таносуби нисбии пайвандҳои карбон тағйир ёфтааст. Дар намунаи SAW4 саҳми нисбии пайвандҳои C–OH ба %50,49 расид, дар ҳоле ки саҳми пайвандҳои O–C–O %9,27 нишон дода шудааст. Ин тағйирот бо боқӣ мондани скелети бой аз селлюлоза пас аз хориҷ шудани лигнин ва гемиселлюлоза алоқаманд дониста шудааст.

Коэффисиенти ҷабби садо чӣ гуна чен карда шуд?

Коэффисиенти ҷабби садо бо системаи найчаи импедансии Brüel & Kjær ва усули функсияи интиқоли думикрофонӣ чен карда шудааст. Система аз ду найча бо диаметри дохилии 29 mm ва 100 mm ва тақвиятдиҳандаи қувваи Type 2718 иборат аст. Дар найчаи хурд барои ҳар намуна ҳадди ақал панҷ ва дар найчаи калон ҳадди ақал ду такрор анҷом дода шудааст.

Функсияи интиқол байни ду мавқеи микрофон дар таҳқиқот чунин муайян шудааст:

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

Дар ин ҷо \(S_{12}\), бузургие мебошад, ки аз фишорҳои мураккаби садоӣ дар ду мавқеи микрофон ҳосил шудааст; \(S_{11}\), бузургии мувофиқро дар мавқеи микрофони аввал ифода мекунад. \(H_r\), қисми ҳақиқии функсияи интиқол ва \(H_i\), қисми мавҳум аст. \(j\), воҳиди мавҳумро нишон медиҳад.

Омили инъикос бо муносибати зерин ҳисоб шудааст:

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

Дар ин ҷо \(r_r\) қисми ҳақиқии омили инъикос ва \(r_i\) қисми мавҳуми он аст. \(x_1\), масофаи байни намуна ва микрофони дур; \(\phi_r\), кунҷи фазаи омили инъикос; \(H_1\), функсияи интиқоли мавҷи воридшаванда ва \(H_R\) функсияи интиқоли мавҷи инъикосшударо ифода мекунад.

Сипас коэффисиенти ҷабби садо чунин муайян карда шудааст:

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

\(\alpha=0\) дар ҳолати идеализатсияшуда маънои онро дорад, ки энергияи садо ҷаббида намешавад; \(\alpha=1\) бошад, пурра ҷаббида шудани энергияи садои воридшударо ифода мекунад. Дар маводҳои воқеӣ коэффисиент аз басомад вобаста аст; ҳамон як мавод метавонад дар як басомад ҷабби баланд ва дар басомади дигар ҷабби паст нишон диҳад.

Коэффисиенти коҳиши садо NRC бо миёнаи зерин ҳисоб карда шудааст:

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

Дар ин ҷо \(A_{250}\), \(A_{500}\), \(A_{1000}\) ва \(A_{2000}\), мутаносибан коэффисиентҳои ҷабби садо дар 250, 500, 1000 ва 2000 Hz мебошанд. Аз ин рӯ, NRC тамоми каҷи басомадро танҳо ифода намекунад; он танҳо миёнаи қиматҳои чор басомади марказӣ мебошад.

Фарқи акустикӣ байни чӯби табиӣ ва коркарди кимиёвӣ гирифташуда

Намунаи коркарднашудаи NW дар қисми зиёди диапазони басомади таҳқиқшуда коэффисиентҳои хеле пасти ҷабби садо нишон дод. Пас аз делигнификатсия самаранокӣ ба таври назаррас беҳтар шуд. Аммо дароз кардани пайвастаи вақти делигнификатсия коэффисиенти ҷабби садоро ба ҳамон андоза зиёд накард. Ба ибораи дигар, танҳо дарозтар хориҷ кардани лигнин афзоиши бемаҳдуди самаранокиро таъмин накард.

Коркарди ишқорӣ, ки пас аз делигнификатсия татбиқ шуд, ҷабби садоро махсусан дар басомадҳои миёна ва баланд боз ҳам зиёд кард ва дар минтақаи басомади паст низ беҳбудии намоён ба вуҷуд овард. Ин ҳолат на танҳо бо зиёд шудани шумораи умумии сӯрохҳо, балки бо ташаккули ҳамзамони сӯрохҳои андозаҳои гуногун алоқаманд дониста шудааст.

Дар хулоса барои маводи намояндагӣ NRC = 0,377 гузориш шудааст. Графикҳои муқоисавӣ нишон медиҳанд, ки баъзе аэрогелҳо ва маводҳои нахдори ғафстар метавонанд ба NRC-и баландтар расанд. Нуқтаи асосии ин таҳқиқот гирифтани баландтарин NRC-и мутлақ нест, балки ба даст овардани қимати рақобатпазири акустикӣ бо ғафсии тақрибан 10 mm ва зичии 0,040 g/cm³ мебошад.

Чаро чӯби сӯрохдор садоро ҷабб мекунад?

Муҳаққиқон се механизми асосии талафоти энергияи садоро муайян кардаанд.

1. Талафоти соиши часпакӣ

Мавҷи садо бо ларзиши пешу паси ҳаво паҳн мешавад. Ҳангоми гузаштани ҳаво аз сӯрохҳои хеле танг ва печдарпеч, он бо деворҳои ҳуҷайра соиш мекунад. Бо зиёд шудани масоҳати сатҳи сӯрохҳо ва дароз шудани роҳи садо ин соиш меафзояд. Як қисми энергияи садо дар миқёси хеле хурд ба гармӣ табдил меёбад.

2. Талафоти гармӣ

Мавҷи садо ҳавои дохили сӯрохҳоро давра ба давра фишурда ва васеъ мекунад. Ҳарорати ҳаво дар ин давр тағйироти хурд нишон медиҳад. Мубодилаи гармӣ байни ҳаво ва деворҳои сахти ҳуҷайра ба талафоти барнагаштании энергия оварда мерасонад. Ин раванд низ ба кам шудани энергияи садо мусоидат мекунад.

3. Инъикоси бисёркарата ва парокандашавӣ

Ҳангоми рӯ ба рӯ шудани мавҷҳои садо бо деворҳои тунукшудаи ҳуҷайра, шуоъҳои чӯб, тарқишҳои сатҳӣ ва гузаргоҳҳои байни ҳуҷайраҳо, самти онҳо тағйир меёбад. Ба ҷои он ки аз як сатҳи ҳамвор мустақиман баргарданд, онҳо дар дохили сохтор борҳо инъикос ва пароканда мешаванд. Ҳамин тавр, вақти дар дохил мондани мавҷ ва роҳи умумии он зиёд шуда, механизмҳои соиш ва талафоти гармӣ муассиртар мегарданд.

Сӯрохҳои андозаҳои гуногун бо басомадҳои якхела ба таври баробар ҳамкорӣ намекунанд. Холигиҳои калонтар майл доранд бо басомадҳои хоси пасттар, холигиҳои хурдтар бошад бо басомадҳои баландтар ҳамкорӣ кунанд. Аз ин рӯ, тақсимоти васеи андозаи сӯрохҳо дар мавод ба пайдо шудани талафоти энергия дар банди васеътари басомадҳо кӯмак мекунад.

COMSOL ва модели Johnson–Champoux–Allard барои чӣ истифода шуданд?

Барои омӯзиши механизми физикии паси каҷҳои таҷрибавӣ нармафзори COMSOL ва модели Johnson–Champoux–Allard истифода шудааст. Модели JCA кӯшиш мекунад рафтори акустикии маводи сӯрохдорро на танҳо аз рӯи таркиби кимиёвӣ, балки аз рӯи параметрҳои сохтории зерин пешгӯӣ кунад:

• Порозият,
• Муқовимати ҷараёни ҳаво,
• Печдарпечӣ ё tortuosity,
• Дарозии хоси часпакӣ,
• Дарозии хоси гармӣ.

Модели симулятсия аз се минтақа иборат буд: дар боло қабати комилан мутобиқшуда барои ба таври сунъӣ пахш кардани инъикосҳо, дар миёна минтақаи ҳаво ва дар поён намунаи чӯби сӯрохдор. Тақсимоти фишори садо, ки дар 1800 Hz ҳисоб шудааст, нишон дод, ки пас аз ворид шудани мавҷи садо ба қабати сӯрохдор амплитудаи он босуръат кам мешавад.

Намунаи мавҷӣ аз минтақаҳои сурх ва кабуд дахолати мавҷи воридшаванда ва мавҷҳои инъикосшудаи дохилиро ифода мекунад. Кам шудани амплитудаи фишор бо зиёд шудани амиқӣ ҳамчун натиҷаи симулятсионӣ арзёбӣ шудааст, ки фаъолияти талафоти часпакӣ ва гармиро дар дохили мавод дастгирӣ мекунад.

Каҷи симулятсия бо каҷи таҷрибавии SAW4 тамоюли сифатан монанд нишон дод. Таҳқиқот таҳлили пурраи хатои рақамӣ ё мувофиқати як ба якро дар тамоми басомадҳо пешниҳод намекунад. Аз ин рӯ, симулятсия бояд на ҳамчун нусхаи дақиқи рақамии таҷриба, балки ҳамчун модели физикие арзёбӣ шавад, ки тамоюли мушоҳидашударо шарҳ медиҳад.

Монандсозӣ бо резонатори Helmholtz

Муҳаққиқон барои шарҳи рафтори баъзе холигиҳои ҳуҷайравӣ муносибати сифатии монанд ба резонатори Helmholtz-ро истифода бурдаанд. Муносибати дар таҳқиқот додашуда чунин аст:

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

Мувофиқи шарҳи матн:

• \(f_0\), басомади хоси резонансро,
• \(c\), суръати садоро,
• \(S\), масоҳати вурудро,
• \(r\), радиуси вурудро,
• \(V\), ҳаҷми холигиро,
• \(t\), ғафсии деворро ифода мекунад.

Дар намоиши худи муодилаи мақола номувофиқии рамзӣ вуҷуд дорад. Гарчанде дар ифодаи аввал \(L_K\) истифода шудааст, дар матни ҳамроҳ \(L_K\) ба таври равшан таъриф нашудааст. Илова бар ин, дар ифодаи дуюм дар аъзои охирини ислоҳӣ \(t+0.8c\) навишта шудааст, аммо дар матни шарҳ тағйирёбандаи \(d\), ки диаметри вурудро ифода мекунад, таъриф шудааст. Муодила дар ин ҷо ҳамон тавре, ки дар preprint омадааст, оварда шудааст; аз рӯи матни таҳқиқот бо итминон муайян кардан мумкин нест, ки рамз бояд \(c\) бошад ё \(d\).

Муҳаққиқон ин муодиларо ҳамчун модели дақиқе, ки тамоми рафтори маводро шарҳ медиҳад, пешниҳод намекунанд. Холигиҳои воқеии сохтори SAW4 резонаторҳои идеалӣ ва аз ҳам ҷудошуда нестанд. Сӯрохҳо ба ҳам пайваст, номунтазам ва дорои андозаҳои гуногунанд. Аз ин рӯ, ҷабби васебанди садо ҳамчун натиҷаи якҷояи резонансҳои маҳаллӣ, соиши часпакӣ, талафоти гармӣ ва парокандашавии бисёркарата шарҳ дода шудааст.

Таҷрибаи коҳиши садо бо қуттӣ чиро нишон дод?

Барои нишон додани он ки намунаи SAW4 дар як дастгоҳи амалӣ садоро коҳиш дода метавонад ё не, таҷрибаи сифатии навъи қуттӣ анҷом дода шуд. Сатҳи садо пеш аз истифодаи намуна 96,5 dB ва пас аз ҷойгир кардани намуна 68,5 dB чен карда шуд. Фарқ 28 dB буд.

Ин натиҷа нишон медиҳад, ки мавод дар дастгоҳи таҷрибавӣ коҳиши назарраси садо ба вуҷуд овардааст. Аммо ин қимат маънои онро надорад, ки девор, сақф ё унсури ҷудокунандаи бино дар саҳро мустақиман 28 dB изолятсия таъмин мекунад. Геометрияи қуттӣ, манбаи садо, мавқеи микрофон, ихроҷҳо, тарзи ҷойгиркунии намуна ва шароити муҳит метавонанд ба андозагирӣ таъсир расонанд. Худи таҳқиқот низ ин таҷрибаро ҳамчун арзёбии сифатии амалӣ тавсиф мекунад.

Илова бар ин, коэффисиенти ҷабби садо, ки дар найчаи импеданс чен мешавад, бо талафоти интиқоли садо байни ду фазо як хусусият нест. Ҷабби баланди садо метавонад акси садо ва инъикосҳоро дар дохили ҳуҷра кам кунад; аммо барои муайян кардани он ки девор то чӣ андоза гузариши садоро ба тарафи дигар пешгирӣ мекунад, санҷишҳои алоҳидаи талафоти интиқол заруранд. Ин таҳқиқот чунин санҷишро пешниҳод намекунад.

Изолятсияи гармӣ чӣ гуна чен карда шуд?

Гузаронандагии гармии намунаи SAW4 0,048 W/(m·K) чен карда шуд. Гузаронандагии пасти гармӣ маънои онро дорад, ки дар фарқи муайяни ҳарорат ҷараёни гармӣ тавассути мавод камтар мебошад.

Барои визуалӣ кардани рафтори гармӣ намунаи SAW4 бо ғафсии 10 mm рӯи плитаи гармии дар 120 °C нигоҳдошташуда ҷойгир карда шуд. Бо термографияи инфрасурх тақсимоти ҳарорат дар тӯли ғафсии намуна пайгирӣ карда шуд. Дар тасвири муфассали гармӣ нуқтаи SP1 дар қисми боло дар оғоз 33 °C буд ва пас аз 60 дақиқа ба 51,6 °C расид. Нуқтаи SP2, ки ба сатҳи гарм наздиктар буд, дар ҳамин вақт аз 91 °C ба 107 °C расид. Дар дақиқаи шастум байни ду нуқтаи ченкунӣ фарқи ҳарорати тақрибан 55,4 °C нигоҳ дошта шуд.

Дар тасвири аввалини ҷамъбастии схемавии мақола ҳарорати сатҳ пас аз 60 дақиқа 49,2 °C нишон дода шудааст, дар ҳоле ки дар тасвири муфассали гармӣ қимати SP1 51,6 °C дода шудааст. Матн шарҳ намедиҳад, ки ин ду рақам аз нуқтаҳои гуногуни ченкунӣ ё аз такрорҳои гуногуни таҷриба ба вуҷуд омадаанд.

Чаро сохтори сӯрохдор гузариши гармиро суст мекунад?

Механизми изолятсияи гармӣ бо се хусусияти асосии сохтор шарҳ дода шудааст:

• Ҳавои маҳбус: Ҳавои дар бисёр сӯрохҳои хурд мавҷудбуда ҳаракати босуръати умумии ҳаворо маҳдуд карда, интиқоли конвективии гармиро кам мекунад.
• Роҳҳои печдарпечи сахт: Ҳангоми ҳаракати гармӣ тавассути деворҳои сахти ҳуҷайраи селлюлоза, он маҷбур аст ба ҷои роҳи рост маршрути дароз ва печдарпечро тай кунад.
• Парокандашавӣ ва инъикос: Сохтори бисёрқабата ва номунтазами ҳуҷайравӣ сатҳҳои зиёдеро ба вуҷуд меорад, ки паҳншавии мустақими шуоъафкании гармиро маҳдуд мекунанд.

Фикри асосӣ ин аст, ки ҳамон сохтори дохилӣ барои садо ва гармӣ бо роҳҳои гуногун муфид аст. Барои мавҷи садо сӯрохҳои печдарпеч соиш ва парокандашавиро зиёд мекунанд, дар ҳоле ки барои гармӣ ҳамон шабакаи печдарпеч роҳи мустақими интиқолро дароз мекунад.

Таҳлили термогравиметрӣ чиро нишон дод?

Намунаҳои NW, DW16, DW20 ва SAW4 аз 30 °C то 600 °C бо суръати 10 °C дар як дақиқа гарм карда шуданд. Минтақаи асосии пиролиз тақрибан байни 250–400 °C рух дод. Чӯби коркарднашуда дар атрофи 340 °C қуллаи васеи талафоти масса нишон дод, ки ба вайроншавии якҷояи лигнин, гемиселлюлоза ва селлюлоза мувофиқ аст.

Пас аз коркарди кимиёвӣ қуллаи асосии вайроншавӣ ба ҳарорати баландтар гузашт ва шадидтар гардид. Муҳаққиқон инро бо хориҷ шудани гемиселлюлоза ва лигнин, ки аз ҷиҳати гармӣ устувории камтар доранд, ва зиёд шудани саҳми селлюлоза дар намуна алоқаманд донистанд. Массаи боқимондаи намунаи SAW пас аз пиролиз нисбат ба NW ва DW камтар буд.

Ин натиҷа бевосита маънои тобоварӣ ба оташро надорад. TGA талафоти массаро ҳангоми боло рафтани ҳарорат дар шароити назоратшаванда чен мекунад. Барои паҳншавии аланга, вақти оташгирӣ, истеҳсоли дуд, синфи сӯхтор ва самаранокии воқеии сӯхтори сохтмон санҷишҳои дигар заруранд. Дар таҳқиқот ин санҷишҳо иҷро нашудаанд.

Аҳамияти таҳқиқот аз нигоҳи гузашта, имрӯз ва оянда

Аз нигоҳи гузашта таҳқиқоти ҷаббандаи садо дар асоси чӯб асосан аз сӯрохҳои табиии буриши уфуқии чӯб истифода мекарданд ё тарконидани буғӣ, коркарди гармӣ ва тағйирдиҳиҳои гуногуни кимиёвиро ба кор мебурданд. Аммо ҷабби садои чӯби коркарднашуда одатан маҳдуд буд; дар баъзе усулҳои кимиёвӣ мушкилоти сарбории экологӣ ё масоҳати хурди намуна ба миён меомад.

Аз нигоҳи имрӯз саҳми ин таҳқиқот таҳияи скелети пайвастаи чӯбӣ бо ғафсии тақрибан 10 mm, зичии хеле паст ва ҳамзамон гузаронандагии пасти гармӣ мебошад. Таҳқиқот кӯшиш кардааст самаранокии акустикиро на бо як андозагирӣ, балки дар якҷоягӣ бо таҷрибаҳои найчаи импедансӣ, микроскопияи электронӣ, таҳлили сӯрохҳо, тавсифи кимиёвӣ, термография ва симулятсияи COMSOL шарҳ диҳад.

Аз нигоҳи оянда маводро барои рӯйпӯшҳои девори дохилӣ, панелҳои сақф, унсурҳои акустикии атрофи мошинҳо ё лоиҳаҳои навсозӣ, ки фазо маҳдуд аст, таҳқиқ кардан мумкин аст. Аммо барои табдил ёфтани он ба маҳсулоти воқеии сохтмон, истеҳсоли панелҳои калонтар, ҷузъиёти пайвастшавӣ, бехатарии сӯхтор, устуворӣ ба намӣ, якпорчагии механикӣ, фарсудашавии сатҳ, устувории биологӣ, тозакунӣ, партобҳо, хароҷот ва самаранокии дарозмуддат бояд арзёбӣ шаванд.

Ҷанбаҳои қавии таҳқиқот

• Якҷо кардани таҳлилҳои акустикӣ, гармӣ, микросохторӣ ва кимиёвӣ дар як таҳқиқот,
• Кӯшиши шарҳ додани механизми ҷабби садо бо таҷриба ва симулятсияи рақамӣ,
• Баррасии на танҳо порозияти умумӣ, балки тақсимоти андозаи сӯрохҳо ва пайвастагии онҳо,
• Андозагирӣ бо ғафсии нисбатан тунуки намунаи 10 mm,
• Муқоисаи намунаҳои коркарднашуда, танҳо делигнификатсияшуда ва бо коркарди иловагии ишқорӣ,
• Гузаронидани андозагириҳои такрорӣ дар найчаҳои импедансии хурд ва калон,
• Пайваст кардани ҷабби садо ва гузаронандагии гармӣ бо як меъмории маводӣ.

Маҳдудиятҳои таҳқиқот ва номуайяниҳои дохили матн

• Таҳқиқот preprint буда, аз баррасии ҳамтоён нагузаштааст.
• Дар хулоса диапазони басомад 200–64.000 Hz навишта шудааст, дар ҳоле ки меҳвари графикҳои акустикӣ тақрибан 0–7.000 Hz-ро нишон медиҳад. Аз ин рӯ, ҳадди болоии 64 kHz дар дохили матн ба таври мувофиқ тасдиқ намешавад.
• Қимати NRC танҳо миёнаи чор коэффисиент дар 250, 500, 1000 ва 2000 Hz мебошад; он ченаки ягонаи тамоми диапазони басомад нест.
• Найчаи импедансӣ намунаҳои хурдро бо мавҷҳои садои ба сатҳ амудӣ воридшаванда чен мекунад. Дар ҳуҷраҳои воқеӣ садо аз кунҷҳои гуногун меояд ва ҷузъиёти насб натиҷаро тағйир медиҳанд.
• Таҷрибаи коҳиши 28 dB бо қуттӣ сифатӣ аст ва санҷиши стандартии акустикаи бино дар саҳро нест.
• Талафоти интиқоли садо, изолятсияи садои ҳавоӣ ё самаранокии садои зарбавӣ чен нашудааст.
• Таҷрибаҳои дарозмуддати намӣ, даври ҳарорат, яхкунӣ-обшавӣ, вайроншавии биологӣ ва пиршавӣ вуҷуд надоранд.
• Хусусиятҳои механикӣ ба монанди фишор, кашиш, хамиш, зарба ва мустаҳкамии пайвастшавӣ гузориш нашудаанд.
• Бехатарии сӯхтор ва самаранокии сусткунии аланга санҷида нашудааст.
• Боқимондаҳои кимиёвӣ, партобҳои дохили бино ва бехатарии корбар арзёбӣ нашудаанд.
• Таҳқиқот маводро экологӣ ва устувор меномад; аммо таҳлили давраи ҳаёт, масрафи энергия, истифодаи об ё барқароркунии моддаҳои кимиёвӣ ҳисоб нашудааст.
• Усули истеҳсол ду коркарди кимиёвии гарм, яхкунӣ дар −80 °C ва 72 соат хушккунии яхбандиро дар бар мегирад. Аз ин рӯ, ибораи “истеҳсоли осон, ки коркардҳои мураккаби кимиёвиро талаб намекунад” дар матн бояд дар баробари протоколи таҷрибавии ҳуҷҷатшуда бо эҳтиёт тафсир карда шавад.
• Истеҳсоли панели сохтмонии масоҳати калон ба таври таҷрибавӣ нишон дода нашудааст. Диаметри калонтарини намуна 100 mm аст.
• Қиматҳои кристаллигӣ ва баъзе натиҷаҳои иловагӣ ба S1, S2, S3 ва Ҷадвали S2 равона шудаанд; ин мундариҷаи иловагӣ дар PDF-и асосии пешниҳодшуда мавҷуд нест.
• Дар муодилаи монандсозии Helmholtz номувофиқии рамз ва таърифи тағйирёбанда вуҷуд дорад.

Таҳқиқот чӣ мегӯяд ва чӣ намегӯяд?

Усул ва Натиҷаҳои Таҳқиқот

Ҷараёни таҷрибавӣ

1. Чӯби балса ба намунаҳои диаметрашон 29 mm ва 100 mm ва ғафсиашон 10 mm бурида шуд.
2. Намунаҳо дар маҳлули %2 хлорити натрий, ки pH-и он то 6 танзим шуда буд, дар 105 °C барои 12–24 соат делигнификатсия шуданд.
3. Маҳлул ҳар чор соат иваз шуд ва пас аз коркард намунаҳо бо об шуста шуданд.
4. Намунаҳои интихобшуда дар маҳлули %4 гидроксиди натрий дар 100 °C барои 2–8 соат коркард шуданд.
5. Намунаҳо бо оби деионизатсияшуда шуста шуданд.
6. Дар −80 °C ях карда шуда, 72 соат бо усули хушккунии яхбандӣ хушк шуданд.
7. Бо SEM, FTIR, XRD, XPS, адсорбсияи газ ва порозиметрияи симоб сохтор ва таркиб таҳқиқ шуданд.
8. Дар найчаи импедансӣ бо усули функсияи интиқол коэффисиенти ҷабби садо чен карда шуд.
9. Бо COMSOL ва модели JCA майдони акустикӣ симулятсия шуд.
10. Бо гузаронандагии гармӣ, термографияи инфрасурх ва таҳлили термогравиметрӣ рафтори гармӣ арзёбӣ шуд.

Дастгоҳҳо ва шароити асосии истифодашуда

Натиҷаҳои асосии рақамӣ

Маънои илмии шаклҳо

Шакли 1, равиши консептуалии истифодаи маводро дар дохили бино ҳам барои коҳиши садо ва ҳам маҳдуд кардани гузариши гармӣ-сардӣ нишон медиҳад. Гузариш аз чӯби табиӣ ба сохтори сӯрохдори иерархӣ ва муқоисаи маводи 10 mm бо дигар маводҳои акустикӣ ҷамъбаст карда мешавад.

Шакли 2, фарқи микросохторӣ байни чӯби табиӣ ва SAW4, каҷҳои адсорбсия-десорбсия ва тақсимоти андозаи сӯрохҳоро якҷо нишон медиҳад. Паёми муҳим он аст, ки пас аз коркарди кимиёвӣ на танҳо сӯрохҳо калон мешаванд, балки тақсимот васеъ ва пайвастагии байни ҳуҷайраҳо зиёд мегардад.

Шакли 3, бо маълумоти XPS, XRD ва FTIR хориҷ шудани лигнин ва гемиселлюлоза, нигоҳ доштани навъи кристаллии cellulose I ва илова нашудани унсури навро дастгирӣ мекунад. Схемаи механизми кимиёвӣ оксидшавии лигнин тавассути хлорити натрий ва хориҷ шудани гемиселлюлозаро тавассути гидролиз, собунизатсия ва реаксияҳои peeling бо гидроксиди натрий нишон медиҳад.

Шакли 4, каҷҳои ҷабби садо вобаста ба басомад, муқоисаи таҷриба ва симулятсия, муносибатҳои NRC-зичӣ ва NRC-ғафсӣ, майдони фишори садо дар 1800 Hz ва механизми пешниҳодшудаи ҷабби садоро нишон медиҳад. Ҷабби пасти чӯби табиӣ аз рафтори васебанди намунаҳои коркарди кимиёвӣ гирифташуда равшан ҷудо мешавад.

Шакли 5, каҷҳои TGA ва DTG, тасвирҳои гармии инфрасурх дар рӯи плитаи гарм ва схемаи маҳдуд шудани гузариши гармӣ аз ҷониби сохтори сӯрохдорро нишон медиҳад. Тасвири бино дар шакл сенарияи истифода мебошад; он натиҷаи таҷрибаи воқеии саҳроии бино нест.

Ёддошт оид ба Манбаъ ва Усул

Ин мундариҷа ба таҳқиқоти Rui Yang, Haiyang Lu, Xiaoli Wu, Jing Zhou, Linghui Qi, Xiaoqi Yang, Yue Ni, Tao Ding, Jianzhang Li ва Changlei Xia бо унвони “Lightweight and Hierarchically Porous Wood for Broadband Sound Absorption and Thermal Insulation” асос ёфтааст.

Таҳқиқот як мақолаи тадқиқотии preprint мебошад, ки нусхаи электронии он дар SSRN нашр шудааст. Дар ҳуҷҷат ба таври равшан ҷумлаи “This preprint research paper has not been peer reviewed” ҷой дорад. Аз ин рӯ, натиҷаҳо набояд ҳамчун хулосаҳои ниҳоии маҷалла, ки аз баррасии ҳамтоён гузашта ва мустақилона тасдиқ шудаанд, арзёбӣ шаванд. Дар матн қабули тасдиқшавандаи маҷалла ё DOI-и мақола мавҷуд нест.

Таҳқиқот истеҳсоли таҷрибавии мавод дар миқёси лабораторӣ, тавсифи физикӣ ва кимиёвӣ, ченкуниҳои акустикӣ бо найчаи импедансӣ, ченкуниҳои гармӣ ва моделсозии рақамии асосёфта ба COMSOL-ро дар бар мегирад. Ин таҳқиқоти клиникӣ, таҷрибаи инсонӣ ё ҳайвонот ва ё татбиқи саҳроии бино дар миқёси калон нест.

Натиҷаҳои дар мақола овардашуда танҳо аз рӯи таҷрибаҳо, шаклҳо, формулаҳо ва тафсирҳои муаллифон дар PDF-и пешниҳодшуда интиқол дода шудаанд. Даъвоҳои дар PDF мавҷуднабуда дар бораи муваффақияти тиҷоратӣ, мувофиқат ба истеҳсоли оммавӣ, бехатарии сӯхтор, бартарии қатъии экологӣ, самаранокии кафолатноки бино ё устувории дарозмуддат илова нашудаанд.

Муаллифон изҳор доштаанд, ки таҳқиқот аз ҷониби Бунёди миллии илмҳои табиии Чин бо грантҳои рақамҳои 32571971 ва 32571964 маблағгузорӣ шудааст.

Дар таҳқиқот дар бораи ҳадди болоии басомад, баъзе қиматҳои ҳарорат дар тасвирҳои гармӣ, рамзҳои монандсозии Helmholtz ва “содда” номида шудани раванди истеҳсол номувофиқии дохили матн вуҷуд дорад. Ин нуқтаҳо бидуни ислоҳ ё тафсири нав, ҳамон тавре ки дар preprint дида мешаванд, шарҳ дода шуда, ба диққати хонанда пешниҳод шудаанд.