Forskare från Institute of Scientific and Industrial Research vid Osaka University har tagit fram en ny metod för att bestämma graden av flimmer i vedmassa. Genom att dra nytta av den inneboende optiska dubbelbrytningen av cellulosa, de kunde mäta morfologiska förändringar genom optisk retardationsdistribution. Detta arbete kan leda till tydlig betygsättning och smart användning av förnybar biomassa, cellulosananofibrer.

Cellulosa, den primära strukturella komponenten i de flesta anläggningar, har skördats av mänskligheten i årtusenden som ett viktigt biomaterial för kläder, papper, och träkonstruktioner. På senare tid, cellulosananofibrer har producerats, som har fördelen av olika funktioner som härrör från kristallerna med förlängd kedja som bildar cellulosa, inklusive optisk dubbelbrytning. Dubbelbrytning uppstår när den effektiva ljushastigheten inuti ett material beror på dess polarisering; I detta fall, om ljuset är polariserat parallellt eller vinkelrätt mot polymerkedjorna.

Nu, ett team av forskare vid Osaka University har utvecklat ett optiskt analyssystem som direkt kan kvantifiera graden av fibrillering av vedmassor. Fibrillering är processen för att minska buntningen av cellulosamolekyler i mikroskala massafibrer för att bilda nanoskala fibrer. Jämfört med att noggrant mäta fiberbredder med ett elektronmikroskop, denna teknik avgör snabbt och enkelt om cellulosafibrerna är inriktade eller dispergerade i slumpmässiga riktningar. "Vårt system erbjuder tydliga och kvantifierbara kriterier för att klassificera kvaliteten på cellulosananofibrer, "säger författaren Kojiro Uetani.

Detta åstadkoms genom att observera cellulosafibrer i en kvartsflödescell med ett dubbelbrytningsmikroskop. Provet belyses underifrån med cirkulärt polariserat ljus, som har en elektrisk fältorientering som roterar i rymden som en helix. Regioner av fibrerna med stor dubbelbrytning kommer att orsaka en större optisk retardation i ljusets fas. Med ett dubbelbrytningsmikroskop, forskarna kunde registrera detta värde pixel-för-pixel. De fann att både den genomsnittliga optiska retardationen och dess standardavvikelse var korrelerade med graden av fibrillering. Stora retardationsvärden associerades med intakta massafibrer, medan mindre värden sågs med ballongliknande struktur i fibrerande massor, och mycket små värden inträffade med dispergerade nanofibrer.

"Vi hoppas kunna främja den exakta strukturkontrollen och avancerad användning av vedmassor och cellulosananofibrer, "säger seniorförfattaren Masaya Nogi. Förutom resultaten av artikeln som beskrivs ovan, teamet har också bekräftat att det är möjligt att automatiskt bestämma graden av fibrillering av okända massaprover genom djup inlärning av retardationsbilder. Detta system förväntas leda till en tydligare och mer automatisk definition av graden av flimmer genom artificiell intelligens (AI) i framtiden och kommer att bli en viktig analysteknik för att indikera kvaliteten på massamaterial och cellulosananofibrer.