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竹材何以娉美鋼材，纖維的梯度分布在“作怪”
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竹子的應用領域不斷被拓展，從常見的竹地板到福特公司的汽車零部件。竹子質輕而堅韌，是一種自然性與功能性并存的材料。近來，來自日本北海道大學、熊本縣立大學和山梨大學的研究人員通過研究竹材的纖維分布特性獲得了設計輕質高強的圓筒形復合材料思路。
竹子是一種最典型天然的功能梯度材料。 從結構上看，竹子是一種纖維增強復合材料，由兩種主要的組織組成: 作為增強作用的纖維(維管束) 和作為基體的薄壁細胞，這些纖維有很強的剛性，可以與鋼筋媲美。為了識別竹材莖稈中增強纖維的分布特性與竹稈抗彎剛度之間的關系，研究人員研究了竹材橫截面中的纖維分布。
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竹子是一種最典型天然的功能梯度材料。 從結構上看，竹子是一種纖維增強復合材料，由兩種主要的組織組成: 作為增強作用的纖維(維管束) 和作為基體的薄壁細胞，這些纖維有很強的剛性，可以與鋼筋媲美。為了識別竹材莖稈中增強纖維的分布特性與竹稈抗彎剛度之間的關系，研究人員研究了竹材橫截面中的纖維分布。
研究(jiu)發(fa)現(xian)，竹(zhu)材橫截面木(mu)質部分(fen)(fen)中的(de)(de)(de)纖維分(fen)(fen)布(bu)是不均勻的(de)(de)(de)。纖維密度從(cong)內到外逐漸變大，呈(cheng)偏分(fen)(fen)布(bu)狀態，這表明竹(zhu)材外部的(de)(de)(de)機械性能比(bi)(bi)內部強(qiang)。這也是竹(zhu)子能夠(gou)抵(di)御強(qiang)烈側風的(de)(de)(de)原因。將(jiang)真(zhen)實的(de)(de)(de)竹(zhu)材纖維分(fen)(fen)布(bu)的(de)(de)(de)數據與理(li)論(lun)(lun)上推(tui)導出的(de)(de)(de)纖維分(fen)(fen)布(bu)數據進行比(bi)(bi)較(jiao)發(fa)現(xian)，兩者相(xiang)差(cha)無幾。在發(fa)現(xian)有大量(liang)纖維的(de)(de)(de)竹(zhu)稈基(ji)部的(de)(de)(de)地方，實際(ji)(ji)的(de)(de)(de)纖維分(fen)(fen)布(bu)符合理(li)論(lun)(lun)推(tui)導出的(de)(de)(de)二(er)次型梯度分(fen)(fen)布(bu)；在相(xiang)對于稈基(ji)部具有較(jiao)少纖維的(de)(de)(de)竹(zhu)稈梢部，實際(ji)(ji)數據符合理(li)論(lun)(lun)上計算的(de)(de)(de)線(xian)性分(fen)(fen)布(bu)。
研究人員發(fa)(fa)現(xian)，竹(zhu)(zhu)子能夠自然優化纖維的分布(bu)來使其以更(geng)小的體積具有更(geng)大的抗彎(wan)剛度(du)。由(you)此得到啟(qi)發(fa)(fa)，可以通過模(mo)仿竹(zhu)(zhu)材的纖維梯度(du)分布(bu)，開(kai)發(fa)(fa)出輕質高(gao)強的圓筒形復合材料。近年(nian)來，模(mo)擬動物(wu)和(he)植物(wu)生存條件的仿生學解決了(le)新(xin)型材料開(kai)發(fa)(fa)中的許多問題(ti)，竹(zhu)(zhu)材輕質高(gao)強特性在新(xin)材料開(kai)發(fa)(fa)中的應用是植物(wu)防生學應用的又一例證。
研究人員發(fa)(fa)現(xian)，竹(zhu)(zhu)子能夠自然優化纖維的分布(bu)來使其以更(geng)小的體積具有更(geng)大的抗彎(wan)剛度(du)。由(you)此得到啟(qi)發(fa)(fa)，可以通過模(mo)仿竹(zhu)(zhu)材的纖維梯度(du)分布(bu)，開(kai)發(fa)(fa)出輕質高(gao)強的圓筒形復合材料。近年(nian)來，模(mo)擬動物(wu)和(he)植物(wu)生存條件的仿生學解決了(le)新(xin)型材料開(kai)發(fa)(fa)中的許多問題(ti)，竹(zhu)(zhu)材輕質高(gao)強特性在新(xin)材料開(kai)發(fa)(fa)中的應用是植物(wu)防生學應用的又一例證。
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(責任編輯：桃花江竹材)
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