Ushbu tadqiqotda tabiiy balsa yog‘ochining hujayraviy tuzilmasi kimyoviy ishlovlar bilan bo‘shashtirilib, o‘lchamlari juda turlicha bo‘lgan va o‘zaro bog‘langan g‘ovaklarni o‘z ichiga olgan, qalinligi atigi taxminan 10 millimetr bo‘lgan tovush yutuvchi material ishlab chiqilgan. Tadqiqotchilar bu materialni tabiiy yog‘och tarkibidagi lignin va gemitsellyuloza komponentlarini bosqichma-bosqich olib tashlash, hujayra devorlarini ingichkalashtirish va yog‘ochdagi mavjud kanallarni yanada ochiq g‘ovak tarmog‘iga aylantirish orqali tayyorlagan.

Tadqiqotda alohida ajralib ko‘rsatilgan SAW4 namunasi uchun maksimal g‘ovaklik 95,34% deb qayd etilgan. Maqola annotatsiyasida material zichligi 0,040 g/cm³, ya’ni taxminan 40 kg/m³; shovqinni kamaytirish koeffitsiyenti esa NRC = 0,377 deb berilgan. Issiqlik o‘tkazuvchanlik qiymati 0,048 W/(m·K) sifatida o‘lchangan. Bu natijalar material nihoyatda yengil bo‘lishiga qaramay, tovush energiyasining bir qismini g‘ovaklari ichida sochib yubora olishini hamda issiqlik o‘tishini sekinlashtira olishini ko‘rsatadi.

Tovush yutilishining asosida bitta mexanizm yo‘q. Tovush to‘lqinlari yog‘och g‘ovaklariga kirganda havo bilan g‘ovak devorlari orasida ishqalanish yuzaga keladi, havo davriy ravishda siqilib-kengayadi, tovush to‘lqinlari hujayra devorlari va yog‘och nurlari orasida qayta-qayta aks etadi va sochiladi. Natijada tovush energiyasining bir qismi viskoz yo‘qotishlar va issiqlik yo‘qotishlari orqali tarqaladi. Turli kattalikdagi g‘ovaklar turli chastotalar bilan o‘zaro ta’sirlasha olgani uchun materialning bitta tor chastota emas, balki kengroq chastota diapazonida ishlashi maqsad qilingan.

Biroq tadqiqot hali ekspertlar taqrizidan o‘tmagan. O‘lchovlar laboratoriya miqyosidagi kichik namunalar bilan bajarilgan. Uzoq muddatli namlikka chidamlilik, yong‘in xavfsizligi, mexanik mustahkamlik, qarish, haqiqiy bino devorlaridagi samaradorlik, seriyali ishlab chiqarish qiymati va kimyoviy ishlov jarayonining ekologik ta’siri o‘rganilmagan. Ishda tovush yutish koeffitsiyenti o‘lchangan; ikki xona orasidagi tovush o‘tishini to‘suvchi konstruktiv elementlarga xos tovush uzatish yo‘qotishi yoki maydon sharoitidagi ovoz izolyatsiyasi samaradorligi ko‘rsatilmagan.

Tadqiqotning asosiy muammosi nima?

G‘ovak tovush yutuvchi materiallarda odatda dizayn ziddiyati paydo bo‘ladi. Qalinroq va hajman kattaroq materiallar, ayniqsa past chastotalarda, ko‘proq tovush energiyasini yuta oladi. Ammo qalinlikning ortishi bino ichidagi foydalaniladigan maydonni kamaytiradi, fasad va ichki devor tizimlarini og‘irlashtiradi hamda mavjud inshootlarni yangilashni qiyinlashtiradi. Yupqa materiallar esa ko‘pincha past chastotali tovushlarni yetarlicha samarali yuta olmaydi.

Tadqiqot ko‘rib chiqqan ikkinchi muammo ekologik ta’sirdir. Shisha va mineral tolalar, polimer ko‘piklar, keramika tuzilmalar va sintetik aerogellar samarali tovush yutuvchilar sifatida qo‘llanishi mumkin, biroq ishlab chiqarish energiyasi, qayta ishlash, biologik parchalanish va ishlab chiqarishdan keyingi chiqindilar nuqtayi nazaridan muammolar tug‘dirishi mumkin. Shu sabab tadqiqotchilar tabiiy, qayta tiklanuvchi, past zichlikli va ishlov berishga qulay xomashyo sifatida balsa yog‘ochiga murojaat qilgan.

Balsa yog‘ochi tabiatan naychasimon hujayra bo‘shliqlari, hujayralararo o‘tishlar, teshikchalar va yog‘och nurlariga ega. Ammo ishlov berilmagan yog‘ochning hujayra devorlari asosan yopiq va tartibli bo‘lgani uchun tovush to‘lqinlarining tuzilma ichiga yetarli darajada kirishi qiyinlashadi. Tovush energiyasining muhim qismi sirt yuzasidan qaytadi. Shu bois tadqiqotning asosiy maqsadi yog‘ochning tabiiy makroskopik shaklini saqlagan holda uning ichki tuzilmasini yanada ochiq, murakkab va o‘zaro bog‘langan g‘ovak tarmoqqa aylantirishdir.

Nega aynan balsa yog‘ochi tanlandi?

Tadqiqotda balsa yog‘ochining tanlanishi bir necha xususiyatlarga asoslangan:

• Past zichlikka ega va tabiatan yuqori g‘ovak bo‘lishi,
• Qisqa o‘sish sikliga ega daraxt turi sifatida baholanishi,
• Aniq hujayraviy va qatlamli ichki tuzilishga ega bo‘lishi,
• Kesish va ishlov berish uchun qulay bo‘lishi,
• Kimyoviy ishlovdan keyin ham asosiy geometriyasini saqlab qola oladigan uzluksiz hujayraviy skeletga ega bo‘lishi.

Tadqiqotchilarning maqsadi yog‘ochni maydalab, undan qayta ko‘pik yoki kompozit material yasash emas, balki mavjud yog‘och tanasining tabiiy arxitekturasidan to‘g‘ridan-to‘g‘ri foydalanishdir. Shu tariqa hujayra kanallari, yog‘och nurlari va hujayralararo bo‘shliqlar tovush to‘lqinlari harakatlana oladigan tabiiy yo‘llarga aylanadi.

Tabiiy yog‘och qanday qilib ierarxik g‘ovak materialga aylantirildi?

Namunalar 29 mm va 100 mm diametrli, 10 mm qalinlikdagi disklar shaklida tayyorlangan. Ikki xil diametrdan foydalanish sababi turli chastota hududlarida o‘lchov o‘tkaza oladigan ikki xil impedans trubkasiga mos namunalar tayyorlashdir.

Birinchi bosqichda balsa yog‘ochi sirka kislotasi bilan pH 6 ga sozlangan og‘irlik bo‘yicha 2% natriy xlorit eritmasida 105 °C da ishlov berilgan. Delignifikatsiya muddati 12, 16, 20 va 24 soat etib belgilangan; eritma har to‘rt soatda almashtirilgan. Bu bosqichning asosiy maqsadi ligninni oksidlab, uni kichikroq va suvda eruvchan bo‘laklarga aylantirish hamda yog‘och hujayralarining bir-biriga bog‘lanishini ta’minlaydigan komponentlarning bir qismini olib tashlashdir.

Ikkinchi bosqichda namunalar og‘irlik bo‘yicha 4% natriy gidroksid eritmasida 100 °C da 2, 4, 6 yoki 8 soat davomida ishlovdan o‘tkazilgan. Ishqoriy ishlov gemitsellyulozaning chiqarib tashlanishini, hujayra devorlarining shishishini va sellyuloza skeletining qayta tartiblanishini ta’minlagan.

Kimyoviy ishlov tugagach, namunalar −80 °C da muzlatilgan va 72 soat davomida muzlatib quritilgan. Bu quritish usuli suyuqlikni bevosita bug‘ fazasiga o‘tkazib, oddiy quritishda g‘ovaklarning cho‘kib qolishini cheklashni maqsad qilgan.

Namuna nomlari quyidagicha:

Tadqiqotda ayniqsa SAW4 namunasi, ya’ni delignifikatsiyadan keyin to‘rt soat ishqoriy ishlov ko‘rgan namuna, batafsil akustik, g‘ovaklik, simulyatsiya va issiqlik samaradorligi baholarida alohida ajratib ko‘rsatilgan.

Elektron mikroskop tasvirlari nimani ko‘rsatadi?

Ishlov ko‘rmagan NW namunasida hujayralar tartibli, hujayra devorlari butun va yog‘och nurlari aniq geometriyaga ega. Hujayra bo‘shliqlari mavjud bo‘lsa-da, ular orasidagi bog‘lanishlar cheklangan. Tuzilma muntazam asalari uyasiga o‘xshash, biroq o‘tishlari nisbatan yopiq tizim ko‘rinishida.

Delignifikatsiyadan so‘ng hujayra devorlari yupqalashgan, hujayra bo‘shliqlari kengaygan va ayrim hujayralar bir-biridan yanada yaqqol ajrala boshlagan. Yog‘och nurlari orasidagi masofa ortgan, hujayralararo bo‘shliqlar kengaygan va sirt yuzasida mayda yoriqlar paydo bo‘la boshlagan.

Ishqoriy ishlovdan keyin bu o‘zgarish yanada chuqurlashgan. Hujayra devorlari shishish va qayta tartiblanish ta’siri bilan yanada notekis holga kelgan; kichik, o‘rta va katta g‘ovaklar birgalikda mavjud bo‘lgan bog‘langan tarmoq hosil bo‘lgan. Hujayra teshikchalari, kengaygan hujayra bo‘shliqlari, hujayralararo oraliqlar va sirt yoriqlari tovush to‘lqinlari material ichiga kira oladigan turli kattalikdagi kanallarni yuzaga keltirgan.

Bu tuzilma “ierarxik g‘ovak” deb ataladi. Bu yerda ierarxik degani barcha g‘ovaklar bir xil diametrga ega emasligini; nanometrdan mikrometr va undan kattaroq hujayraviy bo‘shliqlargacha turli o‘lchamlar bir tuzilma ichida birga mavjud ekanini anglatadi.

G‘ovaklar taqsimoti qanday o‘zgardi?

Gaz adsorbsiya-desorbsiya egri chiziqlarida tabiiy yog‘ochning adsorbsiya va desorbsiya chiziqlari deyarli bir-birining ustiga tushgan. Bu nisbatan tartibli va cheklangan g‘ovak tuzilmasiga ishora qiladi. DW16, DW20 va SAW4 namunalarida esa aniq gisterezis sikllari hosil bo‘lgan. Sikllarning kengayishi yanada murakkab g‘ovak geometriyalari va kengroq g‘ovak o‘lchami taqsimotlari rivojlanganini anglatadi deb talqin qilingan.

Simob porozimetriyasi natijalarida tabiiy yog‘och g‘ovaklari taxminan 60 nm dan 800 μm gacha taqsimlangan. Delignifikatsiya chuqurlashgani sari taqsimot kattaroq g‘ovak diametrlari tomon siljigan va kengaygan. Ishqoriy ishlovdan keyin umumiy g‘ovak hajmi yanada oshgan. SAW4 uchun eng yuqori g‘ovaklik qiymati 95,34% deb bildirilgan.

Bu namuna hajmining juda katta qismi qattiq hujayra devoridan emas, balki havo saqlovchi bo‘shliqlardan iborat ekanini anglatadi. Biroq yuqori g‘ovaklikning o‘zi yaxshi tovush yutish uchun yetarli emas. G‘ovaklarning ochiq bo‘lishi, bir-biriga bog‘lanishi, tovush to‘lqinlari ichkariga kira olishi va ichkarida yetarlicha uzun hamda egri yo‘llar hosil qilishi ham zarur.

Kimyoviy tahlillar qaysi komponentlar olib tashlanganini ko‘rsatdi?

Rentgen nurlari difraksiyasi o‘lchovlarida 14° dan 35° gacha bo‘lgan oraliqdagi (101), (002) va (040) tekisliklariga mos sellyuloza I kristall tuzilmasi saqlanib qolgan. Boshqacha aytganda, qo‘llangan ishlovlar sellyulozaning kristall turini boshqa bir sellyuloza shakliga aylantirmagan. Bunga qarshi ravishda nisbiy kristallik NW dan DW ga, undan esa SAW ga tomon oshgan. Tadqiqotchilar bu o‘sishni amorf tuzilishdagi lignin va gemitsellyulozaning olib tashlanishi natijasida sellyulozaning umumiy material tarkibidagi nisbiy ulushi ortishi bilan izohlagan.

Kristallik indeksi Segal tenglamasi bilan hisoblangan:

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

Bu yerda:

• \(I_{002}\), taxminan \(2\theta=22{,}5^\circ\) holatidagi kristall cho‘qqi intensivligini,
• \(I_{am}\), taxminan \(2\theta=18^\circ\) holatidagi amorf mintaqa intensivligini bildiradi.

Bu nisbat o‘lchangan signalning qanchasi tartibli kristall sellyuloza hududlari bilan bog‘liqligini ko‘rsatuvchi nisbiy ko‘rsatkichdir. Tadqiqotda bu qiymatlarning batafsil tafsilotlari qo‘shimcha S2 jadvaliga yo‘naltirilgan; ammo taqdim etilgan asosiy PDF ichida ushbu qo‘shimcha jadval bo‘lmagani sababli aniq kristallik qiymatlarini tasdiqlab bo‘lmaydi.

FTIR tahlilida ligninga oid deb ko‘rsatilgan 1593, 1503 va 1642 cm⁻¹ chiziqlarining delignifikatsiyadan keyin susayishi ligninning chiqarib tashlanishi bilan bog‘langan. Ishqoriy ishlovdan keyin 1734 va 1238 cm⁻¹ chiziqlarining yo‘qolishi esa gemitsellyulozaning natriy gidroksid eritmasida erishi bilan izohlangan.

XPS tahlilida faqat uglerod va kislorod signallari kuzatilgan. Tadqiqotchilar bundan ishlov jarayonida materialga o‘lchanadigan darajada yangi element qo‘shilmagan, degan xulosaga kelgan. C1s spektrlari ajratib tahlil qilinganda uglerod bog‘larining nisbiy ulushlari o‘zgargani ko‘ringan. SAW4 namunasida C–OH bog‘larining nisbiy ulushi 50,49% ga yetgan, O–C–O bog‘larining ulushi esa 9,27% deb berilgan. Bu o‘zgarishlar lignin va gemitsellyuloza olib tashlangach, sellyulozaga boy skelet qolishi bilan bog‘langan.

Tovush yutish koeffitsiyenti qanday o‘lchandi?

Tovush yutish koeffitsiyenti Brüel & Kjær impedans trubkasi tizimi va ikki mikrofonli uzatish funksiyasi usuli bilan o‘lchangan. Tizim 29 mm va 100 mm ichki diametrli ikki trubka hamda Type 2718 quvvat kuchaytirgichidan iborat. Kichik trubkada har bir namuna uchun kamida besh, katta trubkada esa kamida ikki takroriy o‘lchov bajarilgan.

Ikki mikrofon holati orasidagi uzatish funksiyasi tadqiqotda quyidagicha ta’riflangan:

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

Bu yerda \(S_{12}\), ikki mikrofon nuqtasidagi murakkab tovush bosimlaridan olingan kattalikni; \(S_{11}\), birinchi mikrofon nuqtasidagi mos kattalikni bildiradi. \(H_r\), uzatish funksiyasining haqiqiy qismi; \(H_i\) esa mavhum qismidir. \(j\) mavhum birlikni ifodalaydi.

Qaytish omili quyidagi tenglama bilan hisoblangan:

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

Bu yerda \(r_r\) qaytish omilining haqiqiy, \(r_i\) esa mavhum qismidir. \(x_1\), namuna bilan uzoq mikrofon orasidagi masofani; \(\phi_r\), qaytish omilining faza burchagini; \(H_1\), kiruvchi to‘lqinning uzatish funksiyasini; \(H_R\) esa qaytgan to‘lqinning uzatish funksiyasini bildiradi.

Tovush yutish koeffitsiyenti keyin quyidagicha aniqlangan:

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

\(\alpha=0\) bo‘lishi ideal holatda tovush energiyasi yutilmasligini; \(\alpha=1\) bo‘lishi esa kiruvchi tovush energiyasining to‘liq yutilishini anglatadi. Haqiqiy materiallarda koeffitsiyent chastotaga bog‘liq bo‘ladi; bir xil material bir chastotada yuqori, boshqasida esa past yutuvchanlik ko‘rsatishi mumkin.

Shovqinni kamaytirish koeffitsiyenti NRC quyidagi o‘rtacha bilan hisoblangan:

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

Bu yerda \(A_{250}\), \(A_{500}\), \(A_{1000}\) va \(A_{2000}\) mos ravishda 250, 500, 1000 va 2000 Hz dagi tovush yutish koeffitsiyentlaridir. Shu sabab NRC butun chastota egri chizig‘ini yakka o‘zi ifodalamaydi; u faqat to‘rtta markaziy chastotadagi qiymatlarning o‘rtachasidir.

Tabiiy va kimyoviy ishlov berilgan yog‘och o‘rtasidagi akustik farq

Ishlov ko‘rmagan NW namunasi o‘rganilgan chastota diapazonining katta qismida juda past tovush yutish koeffitsiyentlarini ko‘rsatgan. Delignifikatsiya qo‘llanganda samaradorlik sezilarli oshgan. Biroq delignifikatsiya muddatini uzaytirib borish tovush yutish koeffitsiyentini xuddi shu nisbatda oshirmagan. Boshqacha aytganda, ligninni uzoqroq vaqt davomida olib tashlashning o‘zi cheksiz samaradorlik o‘sishini bermagan.

Delignifikatsiyadan keyin qo‘llangan ishqoriy ishlov, ayniqsa o‘rta va yuqori chastotalarda tovush yutilishini yanada kuchaytirgan; past chastota hududida ham ko‘rinadigan yaxshilanish yuz bergan. Bu faqat umumiy g‘ovaklar sonining ortishi bilan emas, balki turli o‘lchamdagi g‘ovaklarning birgalikda hosil bo‘lishi bilan izohlangan.

Annotatsiyada vakil material uchun NRC = 0,377 deb qayd etilgan. Taqqoslovchi grafiklar ayrim qalinroq aerogel va tolali materiallar bundan yuqoriroq NRC qiymatlariga erisha olishini ko‘rsatadi. Ushbu tadqiqotning ajralib turuvchi jihati eng yuqori mutlaq NRC qiymatini olish emas, balki taxminan 10 mm qalinlik va 0,040 g/cm³ zichlikda raqobatbardosh akustik ko‘rsatkichga erishishdir.

G‘ovak yog‘och nega tovushni yutadi?

Tadqiqotchilar tovush energiyasi yo‘qotilishining uch asosiy mexanizmini tavsiflagan.

1. Viskoz ishqalanish yo‘qotishlari

Tovush to‘lqini havoning oldinga-orqaga tebranishi orqali tarqaladi. Havo juda tor va egri g‘ovaklardan o‘tayotganda hujayra devorlari bilan ishqalanadi. G‘ovaklarning sirt maydoni kattalashgani va tovush bosib o‘tadigan yo‘l uzaygani sari bu ishqalanish kuchayadi. Tovush energiyasining bir qismi juda kichik miqyosda issiqlikka aylanadi.

2. Issiqlik yo‘qotishlari

Tovush to‘lqini g‘ovaklardagi havoni davriy ravishda siqadi va kengaytiradi. Bu sikl davomida havoning harorati kichik o‘zgarishlarga uchraydi. Havo bilan qattiq hujayra devorlari orasidagi issiqlik almashinuvi qaytmas energiya yo‘qotishlariga olib keladi. Bu jarayon ham tovush energiyasining kamayishiga hissa qo‘shadi.

3. Ko‘p martalik aks etish va sochilish

Tovush to‘lqinlari yupqalashgan hujayra devorlari, yog‘och nurlari, sirt yoriqlari va hujayralararo o‘tishlar bilan to‘qnashganda yo‘nalishini o‘zgartiradi. Bitta tekis sirt yuzasidan to‘g‘ridan-to‘g‘ri qaytish o‘rniga, tuzilma ichida qayta-qayta aks etadi va sochiladi. Shu tariqa to‘lqinning ichkarida qolish vaqti hamda bosib o‘tgan umumiy yo‘li ortadi; ishqalanish va issiqlik yo‘qotish mexanizmlari yanada samarali ishlaydi.

Turli kattalikdagi g‘ovaklar barcha chastotalar bilan bir xil tarzda o‘zaro ta’sirlashmaydi. Katta bo‘shliqlar nisbatan past xarakterli chastotalar bilan, kichik g‘ovaklar esa yuqori chastotalar bilan o‘zaro ta’sirlashishga moyil. Shu sabab material ichidagi keng g‘ovak o‘lchamlari taqsimoti kengroq chastota polosida energiya yo‘qotilishiga yordam beradi.

COMSOL va Johnson–Champoux–Allard modeli nima uchun ishlatildi?

Tajriba egri chiziqlari ortidagi fizik mexanizmni tahlil qilish uchun COMSOL dasturi va Johnson–Champoux–Allard modeli qo‘llangan. JCA modeli g‘ovak materialning akustik xatti-harakatini bevosita faqat kimyoviy tarkib orqali emas, balki quyidagi tuzilmaviy parametrlar asosida bashorat qilishga urinadi:

• G‘ovaklik,
• Havo oqimi qarshiligi,
• Egrilik darajasi yoki tortuozlik,
• Viskoz xarakterli uzunlik,
• Issiqlik xarakterli uzunlik.

Simulyatsiya modeli uch hududdan tashkil topgan: yuqorida akslarni sun’iy ravishda bostiruvchi mukammal moslashgan qatlam, o‘rtada havo hududi va pastda g‘ovak yog‘och namunasi. 1800 Hz da hisoblangan tovush bosimi taqsimoti tovush to‘lqinining g‘ovak qatlamga kirgach, amplitudasi tez kamayishini ko‘rsatgan.

Qizil va ko‘k hududlardan tashkil topgan to‘lqin manzarasi kiruvchi to‘lqin bilan ichkarida aks etgan to‘lqinlarning interferensiyasini ifodalaydi. Chuqurlik ortgani sari bosim amplitudasining kamayishi viskoz va issiqlik yo‘qotishlari material ichida faol ekanini qo‘llab-quvvatlovchi simulyatsion topilma sifatida talqin qilingan.

Simulyatsiya egri chizig‘i tajribadagi SAW4 egri chizig‘i bilan sifat jihatidan o‘xshash yo‘nalishni ko‘rsatgan. Tadqiqot to‘liq sonli xato tahlili yoki barcha chastotalarda birma-bir mos tushishni taqdim etmaydi. Shu sabab simulyatsiya tajribaning aniq sonli nusxasi emas, balki kuzatilgan tendensiyani tushuntiruvchi fizik model sifatida baholanishi kerak.

Helmholtz rezonatori qiyosi

Tadqiqotchilar ayrim hujayra bo‘shliqlarining xatti-harakatini tushuntirish uchun Helmholtz rezonatoriga o‘xshash sifatli yondashuvdan foydalangan. Tadqiqotda berilgan tenglama quyidagicha:

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

Matndagi izohga ko‘ra:

• \(f_0\), xarakterli rezonans chastotasini,
• \(c\), tovush tezligini,
• \(S\), kirish maydonini,
• \(r\), kirish radiusini,
• \(V\), bo‘shliq hajmini,
• \(t\), devor qalinligini ifodalaydi.

Maqolaning o‘zidagi tenglama ifodasida belgilar bo‘yicha nomuvofiqlik mavjud. Birinchi ifodada \(L_K\) ishlatilgan bo‘lsa-da, unga hamroh matnda \(L_K\) aniq ta’riflanmagan. Shuningdek ikkinchi ifodaning oxirgi tuzatish hadida \(t+0.8c\) yozilgan, ammo izoh matnida kirish diametrini ifodalovchi \(d\) o‘zgaruvchisi ta’riflangan. Tenglama bu yerda preprintda qanday berilgan bo‘lsa, shunday ko‘chirildi; belgining \(c\) yoki \(d\) bo‘lishi kerakligi ish matni asosida qat’iy tasdiqlanmaydi.

Tadqiqotchilar bu tenglamani materialning butun xatti-harakatini tushuntiruvchi aniq model sifatida bermagan. Haqiqiy SAW4 tuzilmasidagi bo‘shliqlar ideal, alohida-ajratilgan rezonatorlar emas. G‘ovaklar bir-biriga bog‘langan, tartibsiz va o‘lchamlari turlicha. Shuning uchun keng polosali tovush yutilishi mahalliy rezonanslar, viskoz ishqalanish, issiqlik yo‘qotishlari va ko‘p martalik sochilishning birgalikdagi natijasi sifatida talqin qilingan.

Quti tipidagi shovqinni kamaytirish tajribasi nimani ko‘rsatdi?

SAW4 namunasining amaliy qurilmada shovqinni kamaytira olishini ko‘rsatish uchun quti tipidagi sifatli tajriba o‘tkazilgan. Tovush darajasi namuna qo‘llanilishidan oldin 96,5 dB, namuna joylashtirilgandan keyin esa 68,5 dB deb o‘lchangan. Farq 28 dB ni tashkil etadi.

Bu natija materialning tajriba qurilmasida sezilarli tovush pasayishini yuzaga keltirganini ko‘rsatadi. Biroq bu qiymatni bino devori, shift yoki bo‘luvchi element ta’minlaydigan 28 dB maydon izolyatsiyasi sifatida to‘g‘ridan-to‘g‘ri talqin qilib bo‘lmaydi. Quti geometriyasi, tovush manbai, mikrofon joylashuvi, sizib chiqishlar, namunani joylashtirish usuli va muhit sharoitlari o‘lchovga ta’sir qilishi mumkin. Tadqiqotning o‘zi ham bu tajribani amaliy, sifat jihatidagi baholash sifatida ta’riflagan.

Bundan tashqari, impedans trubkasida o‘lchangan tovush yutish koeffitsiyenti bilan ikki makon orasidagi tovush uzatish yo‘qotishi bir xil xususiyat emas. Yuqori tovush yutilishi xona ichidagi aks-sado va qaytishlarni kamaytirishi mumkin, biroq devorning qarshi tomonga ovoz o‘tkazishini qay darajada to‘sishi uchun alohida uzatish yo‘qotishi sinovlari kerak. Bu tadqiqot bunday sinovni taqdim etmaydi.

Issiqlik izolyatsiyasi qanday o‘lchandi?

SAW4 namunasining issiqlik o‘tkazuvchanligi 0,048 W/(m·K) sifatida o‘lchangan. Past issiqlik o‘tkazuvchanlik ma’lum harorat farqida material ichidan kamroq issiqlik oqimi o‘tishini anglatadi.

Issiqlik xatti-harakatini ko‘rgazmali ko‘rsatish uchun 10 mm qalinlikdagi SAW4 namunasi 120 °C da ushlab turilgan issiq plastina ustiga qo‘yilgan. Infraqizil termografiya orqali namuna qalinligi bo‘ylab harorat taqsimoti kuzatilgan. Batafsil termal tasvirda yuqori hududdagi SP1 nuqtasi dastlab 33 °C bo‘lgan bo‘lsa, 60 daqiqa oxirida 51,6 °C ga ko‘tarilgan. Issiq sirtga yaqinroq bo‘lgan SP2 nuqtasi esa shu muddat ichida 91 °C dan 107 °C ga chiqqan. Oltmishinchi daqiqada ikki o‘lchov nuqtasi orasida taxminan 55,4 °C harorat farqi saqlanib qolgan.

Maqolaning ilk sxematik qisqacha tasvirida 60 daqiqadan keyingi sirt harorati 49,2 °C deb ko‘rsatilgan bo‘lsa, batafsil termal tasvirda SP1 qiymati 51,6 °C deb berilgan. Matnda bu ikki raqam o‘rtasidagi farq turli o‘lchov nuqtalari yoki turli tajriba takrorlaridan kelib chiqqanmi, izohlanmagan.

G‘ovak tuzilma nega issiqlik o‘tishini sekinlashtiradi?

Issiqlik izolyatsiyasi mexanizmi uch asosiy tuzilmaviy xususiyat bilan izohlangan:

• Qamalib qolgan havo: Ko‘p sonli mayda g‘ovaklar ichidagi havo tez hajmli havo harakatlarini cheklab, konvektiv issiqlik o‘tishini kamaytiradi.
• Egrilangan qattiq yo‘llar: Issiqlik qattiq sellyuloza hujayra devorlari orqali o‘tayotganda to‘g‘ri yo‘l emas, balki uzun va egri marshrut bo‘ylab harakatlanishga majbur bo‘ladi.
• Sochilish va aks etish: Ko‘p qatlamli, notekis hujayraviy tuzilma issiqlik nurlanishining to‘g‘ridan-to‘g‘ri o‘tishini cheklovchi ko‘plab interfeyslar hosil qiladi.

Bu yerda asosiy g‘oya shuki, bir xil ichki tuzilma tovush va issiqlik uchun turlicha foydali bo‘lishi mumkin. Tovush to‘lqini nuqtayi nazaridan egri g‘ovaklar ishqalanish va sochilishni kuchaytirsa, issiqlik nuqtayi nazaridan ayni shu egri tarmoq to‘g‘ridan-to‘g‘ri o‘tish yo‘lini uzaytiradi.

Termogravimetrik tahlil nimani ko‘rsatdi?

NW, DW16, DW20 va SAW4 namunalar 30 °C dan 600 °C gacha, daqiqasiga 10 °C tezlikda qizdirilgan. Asosiy piroliz hududi taxminan 250–400 °C oralig‘ida kuzatilgan. Ishlov ko‘rmagan yog‘och lignin, gemitsellyuloza va sellyulozaning birgalikdagi parchalanishiga mos keluvchi taxminan 340 °C atrofida keng massa yo‘qotish cho‘qqisini ko‘rsatgan.

Kimyoviy ishlovdan keyin asosiy parchalanish cho‘qqisi yuqoriroq haroratlarga siljigan va yanada zichlashgan. Tadqiqotchilar buni termik jihatdan nisbatan past barqarorlikka ega gemitsellyuloza va lignin komponentlarining olib tashlanishi hamda namunadagi sellyuloza ulushining ortishi bilan bog‘lagan. SAW namunasining pirolizdan keyingi qoldiq massasi NW va DW ga qaraganda pastroq bo‘lgan.

Bu natija bevosita yong‘inga chidamlilikni anglatmaydi. TGA nazorat qilingan sharoitda harorat oshirilganda massa yo‘qotilishini o‘lchaydi. Alanganing tarqalishi, alangalanish vaqti, tutun hosil bo‘lishi, yong‘in sinfi va haqiqiy qurilish yong‘inidagi samaradorlik uchun boshqa sinovlar talab qilinadi. Tadqiqotda bunday sinovlar o‘tkazilmagan.

Tadqiqotning kecha, bugun va kelajak nuqtayi nazaridan ahamiyati

O‘tmish nuqtayi nazaridan yog‘och asosidagi tovush yutuvchi tadqiqotlar ko‘pincha yog‘ochning ko‘ndalang kesimidagi tabiiy g‘ovaklardan foydalangan yoki bug‘ portlatish, issiqlik ishlovi va turli kimyoviy modifikatsiyalarni qo‘llagan. Ammo ishlov berilmagan yog‘ochning tovush yutishi odatda cheklangan bo‘lgan; ayrim kimyoviy usullarda esa ekologik yuk yoki kichik namuna maydoni muammolari yuzaga kelgan.

Bugungi kun nuqtayi nazaridan bu tadqiqotning hissasi taxminan 10 mm qalinlikda, juda past zichlikli va bir vaqtning o‘zida past issiqlik o‘tkazuvchanlik ko‘rsata oladigan uzluksiz yog‘och skeletini ishlab chiqishdir. Ish akustik samaradorlikni faqat bitta o‘lchov bilan emas, balki impedans trubkasi tajribalari, elektron mikroskopiya, g‘ovak tahlili, kimyoviy xarakterizatsiya, termografiya va COMSOL simulyatsiyasi bilan birgalikda tushuntirishga harakat qiladi.

Kelajak nuqtayi nazaridan material ichki devor qoplamalari, shift panellari, mashinalar atrofi uchun akustik elementlar yoki joy cheklangan yangilash loyihalari uchun o‘rganilishi mumkin. Biroq bu material haqiqiy qurilish mahsulotiga aylanishi uchun katta panellarda ishlab chiqarish, biriktirish detallari, yong‘in xavfsizligi, namlikka chidamlilik, mexanik yaxlitlik, sirtning yeyilishi, biologik chidamlilik, tozalash, emissiyalar, narx va uzoq muddatli samaradorlik baholanishi kerak.

Tadqiqotning kuchli tomonlari

• Akustik, issiqlik, mikrostrukturaviy va kimyoviy tahlillarni bitta ishda birlashtirgani,
• Tovush yutish mexanizmini tajriba va sonli simulyatsiya bilan birga tushuntirishga uringani,
• Faqat umumiy g‘ovaklikni emas, balki g‘ovak o‘lchami taqsimoti va bog‘langanlikni ham o‘rganganligi,
• 10 mm kabi nisbatan yupqa namuna qalinligida o‘lchov o‘tkazgani,
• Ishlov ko‘rmagan, faqat delignifikatsiya qilingan va qo‘shimcha ishqoriy ishlov ko‘rgan namunalarni taqqoslagani,
• Kichik va katta impedans trubkalarida takroriy o‘lchovlar bajargani,
• Tovush yutish va issiqlik o‘tkazuvchanligini bir xil material arxitekturasi asosida bog‘lagani.

Tadqiqotning cheklovlari va matndagi noaniqliklar

• Tadqiqot ekspertlar taqrizidan o‘tmagan preprint hisoblanadi.
• Annotatsiyada chastota oralig‘i 200–64.000 Hz deb yozilgan; biroq akustik grafiklarning o‘qi taxminan 0–7.000 Hz oralig‘ini ko‘rsatadi. Shu sabab 64 kHz yuqori chegarasi matn ichida izchil tarzda tasdiqlanmaydi.
• NRC qiymati faqat 250, 500, 1000 va 2000 Hz dagi to‘rtta koeffitsiyentning o‘rtachasidir; bu butun chastota diapazonining yagona ko‘rsatkichi emas.
• Impedans trubkasi kichik namunalarni normal yo‘nalishda keluvchi tovush to‘lqinlari bilan o‘lchaydi. Haqiqiy xonalarda tovush turli burchaklardan keladi va montaj tafsilotlari natijani o‘zgartiradi.
• Quti tipidagi 28 dB kamayish tajribasi sifatli bo‘lib, standart bino akustikasi maydon sinovi emas.
• Tovush uzatish yo‘qotishi, havo orqali tarqaluvchi tovush izolyatsiyasi yoki zarba tovushi samaradorligi o‘lchanmagan.
• Uzoq muddatli namlik, harorat sikli, muzlash-erish, biologik buzilish va qarish tajribalari mavjud emas.
• Bosim, cho‘zilish, egilish, zarba va biriktirish mustahkamligi kabi mexanik xususiyatlar hisobot qilinmagan.
• Yong‘in xavfsizligi va alangani sekinlashtirish samaradorligi sinovdan o‘tkazilmagan.
• Kimyoviy qoldiqlar, ichki muhit emissiyalari va foydalanuvchi xavfsizligi baholanmagan.
• Tadqiqot materialni ekologik toza va barqaror deb ta’riflaydi; ammo hayotiy sikl tahlili, energiya sarfi, suv iste’moli yoki kimyoviy qayta tiklash hisoblanmagan.
• Ishlab chiqarish usuli ikki bosqichli issiq kimyoviy ishlov, −80 °C da muzlatish va 72 soat muzlatib quritishni o‘z ichiga oladi. Shu sabab matndagi “murakkab kimyoviy ishlovlarni talab qilmaydigan oson ishlab chiqarish” ifodasi hujjatlashtirilgan tajriba protokoli bilan birga ehtiyotkor talqin qilinishi kerak.
• Katta maydonli qurilish paneli ishlab chiqarishi tajriba tariqasida ko‘rsatilmagan. Eng katta namuna diametri 100 mm.
• Kristallik qiymatlari va ayrim qo‘shimcha natijalar S1, S2, S3 va S2 jadvaliga yo‘naltirilgan; ammo bu qo‘shimcha materiallar taqdim etilgan asosiy PDF ichida mavjud emas.
• Helmholtz qiyosidagi tenglamada belgi va o‘zgaruvchi ta’riflari orasida nomuvofiqlik bor.

Tadqiqot nima deydi, nima demaydi?

Tadqiqotning usuli va topilmalari

Eksperimental ish oqimi

1. Balsa yog‘ochi 29 mm va 100 mm diametrli, 10 mm qalinlikdagi namunalarga kesildi.
2. Namunalar pH 6 ga sozlangan 2% natriy xlorit eritmasida 105 °C da 12–24 soat delignifikatsiya qilindi.
3. Eritma har to‘rt soatda yangilandi va ishlovdan keyin namunalar suv bilan yuvildi.
4. Tanlangan namunalar 4% natriy gidroksid eritmasida 100 °C da 2–8 soat ishlovdan o‘tkazildi.
5. Namunalar deionizatsiyalangan suv bilan yuvildi.
6. −80 °C da muzlatildi va 72 soat davomida muzlatib quritildi.
7. SEM, FTIR, XRD, XPS, gaz adsorbsiyasi va simob porozimetriyasi yordamida tuzilma va tarkib o‘rganildi.
8. Impedans trubkasida uzatish funksiyasi usuli bilan tovush yutish koeffitsiyenti o‘lchandi.
9. COMSOL va JCA modeli yordamida akustik maydon simulyatsiya qilindi.
10. Issiqlik o‘tkazuvchanligi, infraqizil termografiya va termogravimetrik tahlil orqali issiqlik xatti-harakati baholandi.

Qo‘llangan asosiy qurilmalar va sharoitlar

Asosiy sonli topilmalar

Shakllarning ilmiy ma’nosi

1-shakl materialning binoda shovqinni kamaytirish va issiq-sovuq o‘tishini cheklash maqsadida qo‘llanishi mumkinligini ko‘rsatuvchi konseptual yondashuvni tasvirlaydi. Tabiiy yog‘ochdan ierarxik g‘ovak tuzilmaga o‘tish va 10 mm qalinlikdagi materialning boshqa akustik materiallar bilan taqqoslanishi umumlashtiriladi.

2-shakl tabiiy yog‘och bilan SAW4 o‘rtasidagi mikrostrukturaviy farqni, adsorbsiya-desorbsiya egri chiziqlarini va g‘ovak o‘lchami taqsimotlarini birgalikda beradi. Asosiy xulosa shuki, kimyoviy ishlovdan keyin faqat g‘ovaklar kattalashmaydi, balki taqsimot kengayadi va hujayralararo bog‘lanishlar ortadi.

3-shakl XPS, XRD va FTIR ma’lumotlari orqali lignin va gemitsellyuloza olib tashlanganini, sellyuloza I kristall turi saqlanib qolganini hamda materialga yangi element qo‘shilmaganini qo‘llab-quvvatlaydi. Kimyoviy mexanizm sxemasi natriy xloritning ligninni oksidlashini va natriy gidroksidning gemitsellyulozani gidroliz, sovunlanish hamda qobiqdan ajratish reaksiyalari orqali olib tashlashini ko‘rsatadi.

4-shakl chastotaga bog‘liq tovush yutish egri chiziqlarini, tajriba-simulyatsiya taqqosini, NRC-zichlik va NRC-qalinlik bog‘liqligini, 1800 Hz dagi tovush bosimi maydonini va taklif etilgan tovush yutish mexanizmini ko‘rsatadi. Tabiiy yog‘ochning past yutuvchanligi bilan kimyoviy ishlov ko‘rgan namunalarining keng polosadagi xatti-harakati aniq ajraladi.

5-shakl TGA va DTG egri chiziqlarini, issiq plastina ustidagi infraqizil termal tasvirlarni va g‘ovak tuzilmaning issiqlik o‘tishini qanday cheklashiga oid sxemani ko‘rsatadi. Shakldagi taklif qilingan bino tasviri amaliyot ssenariysi bo‘lib, haqiqiy bino maydon tajribasi natijasi emas.

Manba va usul izohi

Ushbu mazmun Rui Yang, Haiyang Lu, Xiaoli Wu, Jing Zhou, Linghui Qi, Xiaoqi Yang, Yue Ni, Tao Ding, Jianzhang Li va Changlei Xia tomonidan tayyorlangan “Lightweight and Hierarchically Porous Wood for Broadband Sound Absorption and Thermal Insulation” nomli tadqiqotga asoslangan.

Tadqiqot SSRN platformasida elektron nusxasi e’lon qilingan preprint ilmiy maqola hisoblanadi. Hujjatda aniq ravishda “This preprint research paper has not been peer reviewed” degan ibora keltirilgan. Shu sabab natijalar taqrizdan o‘tgan, mustaqil ravishda tasdiqlangan yakuniy jurnal xulosalari sifatida baholanmasligi kerak. Matnda tadqiqot uchun tasdiqlanadigan jurnal qabuli yoki maqolaga oid DOI ma’lumoti mavjud emas.

Tadqiqot laboratoriya miqyosidagi eksperimental material tayyorlash, fizik va kimyoviy xarakterizatsiya, impedans trubkasi akustik o‘lchovlari, termal o‘lchovlar va COMSOL asosidagi sonli modellashtirishni o‘z ichiga oladi. U klinik tadqiqot, inson yoki hayvon tajribasi yoki bino miqyosidagi maydon qo‘llanmasi emas.

Maqolada keltirilgan natijalar taqdim etilgan PDF dagi tajribalar, shakllar, formulalar va mualliflarning sharhlariga tayangan holda bayon qilindi. PDF da mavjud bo‘lmagan tijoriy muvaffaqiyat, seriyali ishlab chiqarishga yaroqlilik, yong‘in xavfsizligi, aniq ekologik ustunlik, kafolatlangan bino samaradorligi yoki uzoq muddatli chidamlilik haqidagi da’volar qo‘shilmadi.

Mualliflar tadqiqot Xitoy Milliy Tabiiy Fanlar Jamg‘armasi tomonidan 32571971 va 32571964 raqamli grantlar bilan moliyalashtirilganini bildirgan.

Tadqiqotning chastota yuqori chegarasi, termal tasvirlardagi ayrim harorat qiymatlari, Helmholtz qiyosidagi belgilar va ishlab chiqarish jarayonining “oddiy” deb ta’riflanishi bo‘yicha matn ichida nomuvofiqliklar mavjud. Bu nuqtalar tuzatilmasdan yoki qayta talqin qilinmasdan, preprintda qanday berilgan bo‘lsa, shunday tushuntirildi va o‘quvchi e’tiboriga havola etildi.