竹子是一种可持续、具有成本效益的环保生物材料。它具有快速的生长速度和优异的强度性能，被广泛应用于建筑和土木工程结构中。作为一种生物和天然材料，竹子的离子、分子、聚集体和介观界面很容易与水分子相互作用，最终影响其宏观性能和应用。因此，水分含量对竹子断裂韧性的影响不容忽视。

近日，四川农业大学林学院木科系青年博士陈琦在《Construction and Building Materials》在线发表了题为《含水率对竹材Ⅰ型层间断裂韧性的影响：促进和阻碍裂纹扩展的竞争》的研究论文。

图 1 水分对竹子 I 型层间断裂韧性的影响

大多数工程材料的选择是基于它们的断裂韧性而不是它们的强度。然而，空气中的水分子会与这些材料相互作用并影响其断裂韧性，尤其是生物质材料。竹材是一种优良的工程材料，但是含水率对其断裂韧性的影响尚不清楚。因此，该团队研究了水分对竹材断裂韧性的影响，并讨论了其背后的机制。结果表明，水的作用同时包括了促进和阻止裂纹扩展。竹材吸湿后，细胞壁的水合非晶区阻碍了裂纹的扩展，但是细胞壁的水层反而促进了裂纹的扩展。前者的作用在竹子中更强，因此竹子的断裂韧性随含水率的增加而增加。这种源于水分的竞争机制也被发现有助于解释其他种类材料的断裂特性，如木材、石头和粘土等。

图 2 左：干竹细胞示意图，细胞壁由结晶层和无定形层组成。右：湿竹细胞示意图，膨胀的无定形层与水分子结合，细胞壁物质上形成的水层。

该论文以陈琦为第一作者，木科系副教授谢九龙和贾闪闪为通讯作者，四川农业大学为第一完成单位。该研究得到了国家自然科学基金、四川农业大学人才引进项目的资助。

文章来源：四川农业大学新闻网

原始文献：Chen Q, Fei B, Qi J, et al. Effect of moisture content on bamboo’s mode I interlaminar fracture toughness: The competition between promoting and impeding crack growth[J]. Construction and Building Materials, 2022, 341: 127822.

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0950061822014957?via%3Dihub