Статья: ИССЛЕДОВАНИЕ НАБУХАНИЯ ДРЕВЕСИНЫ КАК МЕТАМАТЕРИАЛА

Статья посвящена изучению явления разбухания древесины как пористого материала. Исследования в этой области актуальны для расчета поведения древесины как конструкционного материала, для направленной модификации древесины с получением новых композитов и применения древесины как метаматериала, в том числе в электронике. Разработана математическая модель набухания древесины под действием капиллярных сил. Выведены уравнения, в которых связаны морфологические и физико-химические свойства древесины с величиной коэффициента объемного набухания. На основании экспериментальных данных с привлечением модели определены значения поверхностного натяжения древесины в тангенциальном и радиальном направлении. Обнаружена анизотропия в радиальном и тангенциальном направлении. Модель в целом обеспечивает феноменологическое описание процесса. Поверхностное натяжение органических агентов набухания близко по величине, тогда как диэлектрическая проницаемость имеет широкий диапазон величин и является вторым значащим фактором, определяющим величину набухания. Зависимость от поверхностного натяжения нелинейная. Выявлена роль диэлектрической проницаемости в набухании. Линейная корреляция в уравнениях зависимости коэффициента набухания от диэлектрических свойств агента набухания подтверждает роль диэлектрической проницаемости. Материал характеризуется анизотропией в величине диэлектрической проницаемости и проявляет свойства резонатора в переменном электрическом поле. Наличие в структуре древесины двух биополимеров с сильно отличающимися свойствами, в частности диэлектрической проницаемостью, определяет древесину как композит, в объеме которого образуются поверхности на границе фаз с разной полярностью. При этом экранирование этих зарядов солями снижает прочность и влияет на набухаемость. Прочность снижается, а значит, влияние электрических зарядов существенно. Древесину можно отнести к природным метаматериалам или их предшественнику. Исследования свойств древесины как анизотропного диэлектрика с периодической морфологией могут быть использованы в биомиметике при создании новых природоподобных функциональных метаматериалов с заданным комплексом свойств.