Поляризационные явления в высокомолекулярных биокомпозитах в неоднородном температурном поле тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.07, кандидат физико-математических наук Евсикова, Наталья Юрьевна

• Евсикова, Наталья Юрьевна
• кандидат физико-математических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Евсикова, Наталья Юрьевна

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА

ХАРАКТЕРИСТИКА ПРЕДМЕТА И ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ (Аналитический обзор)

1.1. Пьезоэлектрический и пироэлектрический эффекты в полимерах

1.2. Структура объекта исследования - древесины как высокомолекулярного биокомпозиционного материала

1.3. Поляризационные свойства целлюлозы

1.4. Методы определения степени кристалличности полимерных материалов

ГЛАВА

МЕТОДИКА И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

2.1. Метод температурного сканирования диэлектриков

2.2. Методика экспериментального создания температурного поля с заданной величиной неоднородности в слое полимерного материала

2.3. Подготовка образцов к измерениям

2.4. Техника измерения электрических полей в стволах древесных растений 56 ГЛАВА

ЯВЛЕНИЕ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ В ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНОМ БИОКОМПОЗИЦИОННОМ МАТЕРИАЛЕ -ДРЕВЕСИНЕ В НЕОДНОРОДНОМ ТЕМПЕРАТУРНОМ ПОЛЕ

3.1. Модель возникновения электрических полей термического происхождения

в древесине

3.2. Результаты измерения электрических полей в тонком слое древесины в неоднородном температурном поле

3.3. Применение метода температурного сканирования для оценки степени

кристалличности целлюлозы и размера ее кристаллитов в образцах древесины

3.4. Степень кристалличности и время релаксации сегментальной подвижности макромолекул целлюлозы в неоднородном температурном поле

ГЛАВА

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОЛЯ ТЕРМИЧЕСКОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ В СТВОЛАХ ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЙ

4.1. Модель распределения неоднородного электрического поля термического

происхождения по радиальной составляющей в стволах деревьев

4.2. Результаты измерений радиальной разности потенциалов в стволах деревьев

4.3. Диагностика жизненного состояния древесных растений методом измерения электрических полей термического происхождения в стволе

ЛИТЕРАТУРА

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Поляризационные явления в высокомолекулярных биокомпозитах в неоднородном температурном поле»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы

Одной из задач физики конденсированного состояния является изучение отклика системы на внешние воздействия, такие как электрические и магнитные поля, тепловые потоки. Известно, что воздействие неоднородного нагрева может являться источником электрических полей различной природы. В металлах и полупроводниках неоднородный нагрев приводит к возникновению термоэдс. В последние годы пристальное внимание вызывают эффекты, возникающие вследствие неоднородного распределения температуры в диэлектриках. Теоретически предсказан и экспериментально обнаружен термополяризационный эффект, в том числе термостимулированная деполяризация, осуществляемая при нагреве неоднородно поляризованного диэлектрика. Особенности возникновения электрических полей при неоднородном изменении температуры изучались, в частности, в сегнетоэлектрических монокристаллах [1] и высокомолекулярных органосилоксанах [2]. Исследований природы возникновения электрических полей в неоднородном температурном поле в высокомолекулярных биокомпозиционных материалах, примером которых является древесина, до выполнения настоящих работ не проводилось.

Древесина представляет собой сложную систему с клеточным строением, основными компонентами клеточных стенок которой являются высокомолекулярные вещества: частично кристаллическая целлюлоза и аморфный лигнин. Деформационные свойства аморфно-кристаллических полимеров сильно зависят от степени кристалличности. Следовательно, для того, чтобы судить о механическом качестве древесины, необходимо предварительно определить степень кристалличности основной ее составляющей - целлюлозы. Ограниченность существующих методов оценки степени кристалличности полимеров связана с невозможностью иметь в качестве эталона чисто кристаллический образец: в силу особенностей природы полимеров степень кристалличности,

равная единице, не может быть достигнута даже в случае наиболее совершенных монокристаллов. Поэтому актуальной становится разработка новых методов определения степени кристалличности полимеров. Наконец, в настоящий момент практически не существует физических методов неразрушающего контроля жизненного состояния древесных растений, что указывает на дополнительную актуальность проводимых исследований в частности в лесоводстве.

Цель и задачи исследования

Целью настоящей работы является комплексное исследование процессов поляризации, обусловленных наличием неоднородных температурных полей в высокомолекулярных биокомпозитах на примере древесины.

Для достижения указанной цели решались следующие задачи:

1. Установление условий формирования и разработка модели возникновения электрических полей термического происхождения в высокомолекулярном биокомпозите - древесине.

2. Исследование распределения неоднородного электрического поля термического происхождения и расчет напряженности электрического поля в тонком слое древесины и в стволах древесных растений.

3. Создание новых подходов к определению степени кристалличности кристаллизующихся ингредиентов древесины.

Объекты исследования

В качестве объектов исследований были выбраны поперечные микротомные срезы древесины березы толщиной (100...200) мкм и площадью (140...160) мм и особи березы повислой (Betula pendula Roth.) - породы, образующей производные лесные экосистемы в Центральной лесостепи Российской Федерации.

Древесина, находясь в атмосфере, способна сорбировать пары воды, молекулы кислорода, СО2 и других газов, что может привести к значительным из-

менениям ее электрических свойств. Для устранения этих нежелательных явлений перед измерениями образцы проходили предэкспериментальную подготовку. Во-первых, согласно ГОСТ 164837-71 они прогревались в воздухе при атмосферном давлении; во-вторых, вакуумировались непосредственно в измерительной ячейке, а для улучшения теплопроводности объем ячейки заполнялся инертным газом (гелием или аргоном). При этом газы осушивались путем пропускания через колонны с СаС12 и силикагелем, а также через криогенные ловушки в вакууме. Затем образцы подвергались электроочистке.

Исследуемые особи растущих деревьев березы выращивались в одних и тех же лесорастительных условиях и характеризовались одинаковым возрастом - 55 лет; жизненное состояние - живые или мертвые деревья.

Научная новизна работы заключается в следующих, впервые полученных результатах:

1. Обнаружено и экспериментально исследовано явление возникновения электрических полей термического происхождения в высокомолекулярном биокомпозиционном материале - древесине, обусловленное наличием градиентов температуры.

2. Разработана модель возникновения электрических полей термического происхождения в сложной композиционной системе: «кристаллическая целлюлоза - аморфный лигнин».

3. Сделана оценка величины напряженности электрического поля в тонком слое срезанной древесины, получено распределение неоднородного электрического поля термического происхождения в стволах растущих деревьев в направлении, перпендикулярном волокнам, произведено их сравнение с экспериментальными данными.

4. Выявлена связь времени релаксации сегментальной подвижности макромолекул целлюлозы со степенью ее кристалличности в неоднородном температурном поле.

Практическая ценность работы состоит в том, что полученные результаты можно применять для оценки степени кристалличности волокон целлюлозы в образцах, изготовленных из различных пород древесины. Это создает научные основы метода неразрушающего контроля качества древесины, которое зависит от прочности волокон целлюлозы, возрастающей с увеличением степени ее кристалличности. Предлагаемый подход можно использовать для оценки степени кристалличности других волокнообразующих полимеров. Измерение разности потенциалов в стволах древесных растений перпендикулярно волокнам можно применять как метод диагностики жизненного состояния.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Неоднородное температурное поле вызывает появление электрического поля в сложном биокомпозите - древесине за счет пироэлектрического эффекта в кристаллитах целлюлозы и пьезоэлектрического эффекта, обусловленного избыточным давлением на кристаллическую целлюлозу со стороны лигнина, испытывающего тепловое расширение.

2. Величина разности потенциалов, возникающей в образцах древесины в неоднородном температурном поле, прямо пропорциональна скорости изменения температуры. При равномерном изменении температуры среды в образцах возникает постоянная во времени разность потенциалов. При равноускоренном изменении температуры, чем быстрее увеличивается скорость изменения температуры, тем выше полученная разность потенциалов.

3.При увеличении температуры происходит «размораживание» сегментальной подвижности макромолекул целлюлозы, которое приводит к флуктуа-циям степени ее кристалличности.

4. Неоднородное распределение тепловых полей в направлении, перпендикулярном волокнам, возникающее при изменении температуры окружающей среды, служит причиной возникновения электрических полей в стволах дре-

весных растений за счет поляризации кристаллитов целлюлозы древесных волокон.

5. Величина изменения разности потенциалов в радиальном направлении древесного ствола зависит от температуры окружающей среды и процентного соотношения целлюлозы и лигнина, связанного с жизненным состоянием деревьев.

Апробация работы

Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на нижеперечисленных конференциях и семинарах: Х-ой Международной конференции «Физика диэлектриков» (Санкт-Петербург, 2004), Международной научно-практической конференции «Наука и образование на службе лесного комплекса» (Воронеж, 2005), Международной научной конференции «Тонкие пленки и наноструктуры» (Москва, 2005), 1У-ой Международной научно-технической школе-конференции «Молодые ученые - науке, технологиям и профессиональному образованию в электронике» (Москва, 2006), Международных научно-технических конференциях «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения» (Мегтайс - 2005 - 2011) (Москва, 2005 -2011), 4-ой и 5-ой Международных научно-технических конференциях «Электрическая изоляция - 2006 и 2010» (Санкт-Петербург, 2006 и 2010), 6-ом Международном семинаре по физике сегнетоэластиков (Воронеж, 2009), Международном научно-техническом семинаре к 100-летию А. В. Лыкова «Актуальные проблемы сушки и термовлажностной обработки материалов» (Воронеж, 2010), 22-ой Международной научной конференции «Релаксационные явления в твердых телах» (Воронеж, 2010), Четвёртой Международной научно - практической конференции «Современные энергосберегающие тепловые технологии (Сушка и термовлажностная обработка материалов) СЭТТ - 2011» (Москва, 2011).

Публикации и личный вклад автора

Работа выполнялась на кафедре общей и прикладной физики Воронежской государственной лесотехнической академии в соответствии с планом научно-исследовательских работ кафедры. Все включенные в диссертацию данные получены лично автором или при его непосредственном участии. Автором обоснован выбор методов и объекта исследования, получены все основные экспериментальные результаты, проведены математическая обработка, анализ и интерпретация полученных данных. Обсуждение результатов проводилось совместно с научным руководителем доктором физ.-мат. наук, профессором Матвеевым Н. Н.

По теме диссертации опубликовано 17 работ, в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК, и 14 публикаций - в прочих журналах, материалах конференций и семинаров.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, включающего 102 наименования. Работа изложена на 102 страницах машинописного текста, содержит 35 рисунков и 8 таблиц.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Евсикова, Наталья Юрьевна, 2012 год

ЛИТЕРАТУРА

1. Румянцев, В. С. Тепловой эффект Баркгаузена и градиенты температур в сегнетоэлектрических кристаллах / В. С. Румянцев, А. А. Богомолов // Известия Академии Наук СССР. Серия физическая. - 1981. - Т 45, №9. - С. 1691-1694.

2. Матвеев, Н. Н. Поляризационные эффекты в кристаллизующихся полимерах: монография / Н. Н. Матвеев, В. В. Постников, В. В. Саушкин; ВГЛТА; под ред. Н. Н. Матвеева. - Воронеж: ВГЛТА, 2000. - 170 с.

3. Струков, Б.А. Физические основы сегнетоэлектрических явлений в кристаллах / Б. А. Струков, А. П Леванюк. - М.: Наука; Физматлит, 1995. - 302 с.

4. Запрягаев, С. А. Электродинамика: курс лекций и практических занятий: учеб. пособие / С. А. Запрягаев; Воронеж, гос. ун-т. - Воронеж: Изд-во Воронеж, гос. ун-та, 2005. - 536 с.

5. Баженов, В. А. Пьезоэлектрические свойства древесины / В. А. Баженов. - М.: Издательство Академии наук СССР, 1959. - 240 с.

6. Лущейкин, Г. А. Новые полимерсодержащие пьезоэлектрические материалы / Г. А. Лущейкин // Физика твердого тела. - 2006. - Т. 48, Вып. 6. - С. 963 - 964.

7. Лущейкин, Г. А. Полимерные пьезоэлектрики / Г. А. Лущейкин. - М.: Химия, 1990.- 190 с.

8. Лущейкин, Г. А. Полимерные пьезоматериалы / Г. А. Лущейкин, Л. А. Иванова. - М.: НИИТЭХИМ, 1986. - 79 с.

9. Лущейкин, Г. А. Методы исследования электрических свойств полимеров / Г. А. Лущейкин. - М.: Химия, 1988. - 160 с.

10. Желудев, И. С. Физика кристаллических диэлектриков / И. С. Желудев. -М.: Наука, 1968.-464 с.

11. Най, Дж. Физические свойства кристаллов / Дж. Най. - М.: Мир, 1967. -387 с.

12. Шаскольская, М. П. Кристаллография: Учеб. пособие для втузов - 2-е изд., перераб. и доп. / М. П. Шаскольская. - М.: Высш. шк., 1984. - 376 е., ил.

13.Кэди, У. Пьезоэлектричество и его практические применения / У. Кэди.

- M.: Изд-во иностр. лит., 1949. - 717 с.

14. Поплавко, Ю. М. Пироэлектричество в пьезоэлектриках / Ю. М. По-плавко, J1. П. Переверзева // Актуальные проблемы получения и применения сегнето-, пьезо-, пироэлектрических и родственных им материалов: Материалы IV Всесоюз. конф. -М., 1991. - С. 93-102.

15.Поплавко, Ю. М. Пироэлектричество в частично зажатых пьезоэлектриках / Ю. М. Поплавко, Л. П. Переверзева // Письма в ЖЭТФ. - 1991. - Т. 17, №18. -С. 84-87.

16. Жданов, Г. С. Физика твердого тела / Г. С. Жданов. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1962.-501 с.

17. Пирогов, Е. Н. Вторичный пироэлектрический эффект, возникающий в кристаллах типа ниобата и танталата лития при осесимметричном нагреве с постоянной скоростью / Е. Н. Пирогов, Б. Л. Тиман, В. М. Фесенко // Кристаллография. - 1982. - Т. 27, Вып. 27.-С. 1131-1135.

18. Пирогов, Е. Н. Влияние геометрии поверхности кристалла на вторичный пироэлектрический эффект в кристаллах ниобата и танталата лития / Е. Н. Пирогов, Б. Л. Тиман, В. М. Фесенко // Неорг. материалы. - 1984. - Т. 20, № 5.

- С. 822-824.

19. Исследование пироэлектрического эффекта в условиях температурного градиента / В. Ф. Косоротов [и др.] // Физика твердого тела. - 1984. - Т. 26, Вып. З.-С. 888-890.

20.Пельтц, С. Д. Третичный пироэффект и распределение потенциала в пьезоэлектриках / С. Д. Пельтц, А. Е. Карпельсон // Физика твердого тела. -1971.-Вып. 10.-С. 3104-3106.

21. Переверзева, Л. П. Полярные свойства анизотропно зажатых пьезоэлек-триков / Л. П. Переверзева, Ю. М. Поплавко // Украин. физ. журн. - 1993. - Т. 38, №9.-С. 1384-1388.

22. Бартенев Г.М., Зеленев Ю.В. Физика и механика полимеров: Учеб. пособие для втузов / Г. М.Бартенев, Ю. В. Зеленев. - М.: Высш. Школа, 1983. -391 с.

23. Рабек, Я. Экспериментальные методы в химии полимеров в 2 т. Т. 2 / Я. Рабек. - М.: Мир, 1983. - 322 с.

24. Рудяк, В. М. Уточнение некоторых понятий и соотношений пироэлектрического эффекта / В. М. Рудяк // Известия РАН. Серия физическая. - 1993. -Т. 57, № 9. - С. 55-58.

25. Любин, Д. Н. Справочник по композиционным материалам в 2 кн. / Д. Н. Любин. - М.: Машиностроение, 1988 . - Кн. 1 - 448 с.

26. Любин, Д. Н. Справочник по композиционным материалам в 2 кн. / Д. Н. Любин. - М.: Машиностроение, 1988 . - Кн. 2-581 с.

27.Батаев, А. А. Композиционные материалы: строение, получение, применение / А. А. Батаев, В. А. Батаев. - М.: Логос, 2006. - 398 с.

28. Худяков, В. А. Современные композиционные строительные материалы / В. А. Худяков. - М.: Феникс, 2007. - 220 с.

29. Никитин, В. М. Химия древесины и целлюлозы / В. М. Никитин. - М.; Л.: Гослесбумиздат, 1951. - 496 с.

30.Кленкова, Н. И. Структура и реакционная способность целлюлозы / Н. И. Кленкова. - Л.: Наука, 1976. - 367 с.

31. Богомолов, Б. Д. Химия древесины и основы химии высокомолекулярных соединений / Б. Д. Богомолов. - М.: Лесная промышленность, 1973.- 400 с.

32.Евсикова, Н. Ю. Флуктуации кристаллической структуры целлюлозы и контроль качества древесины / Н. Ю. Евсикова // Лесотехнический журнал. -2011. - № 3. - С. 14-19.

33. Китайгородский, А. И. Рентгеноструктурный анализ мелкокристаллических и аморфных тел /А. И. Китайгородский - М.: Гостехиздат, 1952.- 365 с.

34. Hearle, J. W. S. The fine structure of fibers and crystallin polymers. III. Interpretation of the mechanical properties of fibers / J. W. S. Hearle // J. Appl. Polymer Sci. - 1963. - V. 7. - P. 1207-1212.

35. Station, W. O. The meaning of crystallinity when judged by x-rays / W. O. Statton // J. Appl. Polymer Sci. - 1967. - V. 18. - P. 33-50.

36. Китайгородский, А. И. К вопросу о структуре целлюлозы / А. И. Китайгородский, Д. Я. Цванкин // Высокомол. соединения. - 1959. - Т. 1, № 2. - С. 269-286.

37. Гутман, Ф. Органические полупроводники / Ф. Гутман, JI. Лайонс. -М.: Мир, 1970.-696 с.

38. Никитин, Н. И. Химия древесины и целлюлозы / Н. И. Никитин. - М.; Л.: Химия, 1962.-711 с.

39. Брауне, Ф. Э. Химия лигнина / Ф. Э. Брауне, Д. А. Брауне; пер. с англ. под ред. М. И. Чудакова. - М.: Лесная промышленность, 1964. - 864 с.

40. Никитин, В. М. Химия древесины и целлюлозы / В. М. Никитин, А. В. Оболенская, В. П. Щеголев. - М.: Лесная промышленность, 1978. - 368 с.

41. Сарканен, К. В. Лигнины / К. В. Сарканен, К. X. Людвиг [и др.] - М.: Химия. - 1975. - 632 с.

42. Богомолов, Б. Д. Исследование физико-химических свойств соснового лигнина Бьеркмана / Б. Д. Богомолов, Л. Д. Бабикова, В. А. // Тезисы докладов 5-ой Всесоюзной конференции по химии лигнина. - Рига. - 1971. - С. 29.

43. Наймарк, Н. И. О температуре стеклования целлюлозы / Н. И. Наймарк, Б. А. Фоменко // Высокомол. соединения. - 1971. - Т. 13, № 1. - С. 45-46.

44. Якобсон, М. К. Температурные переходы целлюлозы / М. К. Якобсон, П. П. Эриныи // Химия древесины. - 1981. - № 3. - С. 3-20.

45. Ван Кревелен, Д. В. Свойства и химическое строение полимеров / Д. В. Ван Кревелен. - М.: Мир, 1976. - 416 с.

46. Нильсен, JI. Механические свойства полимеров и полимерных композиций / Л. Нильсен. - М.: Мир, 1978. - 312 с

47. Возникновение неоднородных термостимулированных электрических полей в природных полимерах / В. В. Постников, Н. Н. Матвеев, Н. С. Камало-ва, Н. Ю. Евсикова // Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения (INTERMATIC - 2005) : материалы Международной научно-технической конференции, Москва / под ред. А. С. Сигова. - М. : Энергоатом-издат, 2005. - Ч. 1. - С. 136-138.

48. Термостимулированные электрические поля в природных полимерах / Н. С. Камалова, Н. Ю. Евсикова, В. В. Постников, Н. Н. Матвеев // Пленки -2005. Тонкие пленки и наноструктуры : материалы конференции. - М. : МИРЭА, 2005. - Ч. 2. - С. 79-81.

49. Электрические поля термического происхождения в природной древесине / Н. Ю. Евсикова, В. В. Постников, Н. Н. Матвеев, В. И. Лисицын // Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения (INTERMATIC - 2006) : материалы Международной научно-технической конференции, Москва, 24-28 октября 2006 г. / под ред. А. С. Сигова. - М. : Энергоатомиздат, 2006. -Ч. З.-С. 87-89.

50. Термополяризационные явления в древесном слое / Н. Ю. Евсикова, Н. Н. Матвеев, В. В. Постников, Н. С. Камалова, В. И. Лисицын // Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения. - 2008. - Т. 8, № 4. - С. 7274.

51.Деханц, И. Инфракрасная спектроскопия полимеров / И. Деханц, Р. Данц. - М.: Химия, 1976. - 387 с.

52.Каргин, В. А. Изучение температурных переходов целлюлозы / В. А. Каргин, В. П. Козлов, Ван Най Чан // Докл. АН СССР. - 1960. - Т. 130, № 2. -

C. 356-358.

53. Goring, D. A. I. Thermal softening of lignin, hemicelluloses and cellulose /

D. A. I. Goring // Pulp and Paper Mag. Canada. - 1963. - V/ 64, № 12. - P. 517-527.

54. Кайминь, И. Ф. Температурные переходы целлюлозы и их изменение в присутствии низкомолекулярных веществ / И. Ф. Кайминь, В. П. Карливан, М. Я. Иоелович // Изв. АН Латв. ССР. 1979. - 3 8. - С. 112-123.

55.Пироэлектрические свойства древесины березы / Н. Н. Матвеев [и др.] // Актуальные проблемы получения и применения сегнето-, пьезо-, пироэлек-триков и родственных им материалов: Тез. IV Всесоюзн. конф. - М. - 1991. -С. 26.

56. Температурные переходы в древесине березы / Э. Г. Некрасова, В. В. Постников, В. В. Саушкин, Н. Н. Матвеев // Научно- техн. прогресс в деревообрабатывающей отрасли ЦЧЭР: Тез. докл. конф. - Воронеж, 1990. - С. 15-19.

57. Термодеполяризационные свойства древесины березы в температурном интервале 100 - 375 К / Н. Н. Матвеев, В. В. Саушкин, В. В. Постников, Э. Г. Некрасова // Материалы, элементы и устройства функциональной диагностики: Межвуз. сб. науч. тр. - Воронеж, 1992. - С. 19-23.

58. Матвеев, Н. Н. Термополяризационные свойства древесины березы / Н. Н. Матвеев, В. В. Постников, В. В. Саушкин // Пласт. Массы. - 1995. - № 1. -С. 19-20.

59. Матвеев, Н. Н. Переходы кристалл-кристалл в целлюлозе // Н. Н. Матвеев, В. В. Постников // Диэлектрики - 93 : Тез. Докл. междунар. научно -техн. конф. по физике диэлектриков. - СПб, 1993. - С. 196-198.

60. Polarization crystal-crystal transition in cellulose / N. N. Matveev, A. F. Klinskikh, V. V. Postnikov, О. I. Kodrenko // Ferroelec. - 1996. - V. 185. - P. 189192.

61. Ашкенази, E. К. Анизотропия древесины и древесных материалов / Е. К. Ашкенази. - М.: Лесн. пром-ть, 1978. - 224 с.

62. Вундерлих, Б. Физика макромолекул в 2 т. / Б. Вундерлих. - М.: Мир, 1976. - Т. 1. -624 с.

63. Джейл, Ф. X. Полимерные монокристаллы / Ф. X. Джейл. - Л.: Химия, 1968.-552 с.

64. Геллер, Б. Э. Практическое руководство по физикохимии волокнообра-зующих полимеров: Учебное пособие для вузов: 2-е изд., исправл. и доп. / Б. Э. Геллер, А. А. Геллер, В. Г. Чиртуллов. - М.: Химия, 1996. - 432 с.

65.Тугов, И. И. Химия и физика полимеров: Учебное пособие для вузов. -М.: Химия, 1989.-432 с.

66. Глесстон, С. Теория абсолютных скоростей реакций / С. Глесстон, К. Лейдер, Г. Эйринг. - М.: Иностр. лит., 1948. - 583 с.

67. Тагер, А. А. Физико-химия полимеров / А. А. Тагер. - М.: Химия, 1968. -536 с.

68.Ястребинский, А. А. Исследование надмолекулярной структуры целлюлозных материалов методом рентгеновской дифракции больших и малых углов. / А. А. Ястребинский // Методы исследования целлюлозы / под ред. профессора В. П. Карливана. - Рига: Зинатне, 1981. - 257 с.

69. Трипп, Б. Определение кристалличности / Б. Трипп // Целлюлоза и ее производные в 2 т. / под ред. Б. Байклза и Л. Сегала; пер. с англ. под ред. 3. А. Роговина. - М.: Мир, 1974. - Т. 2. - 516 с.

70.Йоелович, М. Я. Определение содержания целлюлозы II рентгенографическим методом внутреннего стандарта / М. Я. Йоелович, Г. П. Везерис // Химия древесины. - 1983. - № 2. - С. 10-14.

71. Волькенштейн, М. В. Проблемы теоретической физики полимеров / М. В. Волькенштейн // УФН. - 1959. - Т. ЬХУП.-Вып. 1.-С. 131-161.

72. Определение степени кристалличности целлюлозы методом ЯМР С высокого разрешения в твердой фазе / Р. Г. Жбанков, М. Я. Йоелович [и др.] // Химия древесины. - 1986. - № 4. - С. 3-6

73. Пат. 2175765 Российская Федерация, МПК С0Ш24/08. Способ определения степени кристалличности природных полимеров / Г. Ш. Гогелашвили, Ю. Б. Грунин; заявитель и патентообладатель Марийский государственный технический университет. - № 2000106657/28; заявл. 17.03.2000; опубл. 10.11.2001.

74. Сутягин, В. М. Физико-химические методы исследования полимеров: учебное пособие / В. М. Сутягин, А. А. Ляпков; Томский политехнический университет. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2010. - 140 с.

75.Берштейн, А. В. Дифференциальная сканирующая калориметрия в фи-зикохимии полимеров /А. В. Берштейн, В. М. Егоров - Л.: Химия, 1990.- 256 с.

76. Тейтельбаум, Б. Я. Термомеханический анализ полимеров / Б. Я. Тей-тельбаум. - М.: Наука, 1979. - 236 с.

77. Коротких, Н. И. Поляризация полиэтиленоксида при фазовых переходах. Поляризационные свойства полиэтиленоксида при фазовых переходах «расплав-кристалл» и «кристалл-расплав» в неоднородном температурном поле / Н. И. Коротких, Н. Н. Матвеев, Н. С. Камалова. - Saarbrücken, Germany : Lap Lambert Academic Publishing GmbH & Co/ KG, 2011. - 89 c.

78. Определение степени кристалличности древесины с помощью электрического конденсатора / Н. Ю. Евсикова, Н. С. Камалова, В. В. Постников, Н. Н. Матвеев, Н. А. Саврасова // Электрическая изоляция -2010: сборник трудов 5 Международной научно-технической конференции, Санкт-Петербург, 1-4 июня 2010 г. - СПб. : Изд-во Политехи, ун-та, 2010. - С. 78-79.

79. Янковский, А. В. Разработка устройств сопряжения для регистрации и обработки экспериментальных данных / А. В. Янковский, Н. Н. Матвеев // Лес. Наука. Молодежь - 2003 : сборник материалов по итогам научно-исследовательской работы молодых ученых за 2003 год, посвященный 90 - летию со дня рождения профессора П. Б. Раскатова / ВГЛТА. - Воронеж: ВГЛТА, 2003. - С. 358-360.

80. Методика получения неоднородного температурного поля для исследования поляризационных эффектов в кристаллизующихся полимерах / Н. С. Камалова, Н. Ю. Евсикова, Н. Н. Матвеев, В. В. Постников, А. В. Янковский // Физика диэлектриков (Диэлектрики - 2004) : материалы 10 Международной конференции . - СПб., 2004. - С. 295-297.

81. Возникновение неоднородного температурного поля при температурном сканировании кристаллизующихся полимеров / Н. Ю. Евсикова, Н. С. Ка-малова, В. В. Постников, Н. Н. Матвеев // Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения. - 2007. - Т. 7, № 3. - С. 99-102.

82. Возникновение электрических полей термического происхождения в древесине / Н. С. Камалова, Н. Ю. Евсикова, В. И. Лисицын, В. В. Постников, Н. Н. Матвеев, В. В. Саушкин, Н. А. Саврасова // Проблемы и перспективы лесного комплекса : материалы межвузовской научно-практической конференции, Воронеж, 26-27 мая, 2005 г. / ВГЛТА. - Воронеж, 2005. - Т. 1. - С. 169175.

83.Годовский, Ю.А. Теплофизика полимеров / Ю. А. годовский. - М.: Химия, 1982.-280 с.

84.Карташов, Э. М. Аналитические методы в теории теплопроводности твердых тел / Э. М. Карташов. - М.: Высш. шк., 2001. - 550 с.

85. Тихонов, А. Н. Уравнения математической физики / А. Н. Тихонов, А. А. Самарский. - М.: Наука, 1966. - 724 с.О

86. Боровиков, А. М. Справочник по древесине / А. М. Боровиков, Б. Н. Уголев. - М.: Лесн. пром-ть, 1989. - 295 с.

87. Рыжков, О. В. Стационарные исследования древесной растительности в заповедниках / О. В. Рыжков // Почвенный и биотический мониторинг заповедных экосистем: Методическое пособие. - М: КМК Scientific Press Ltd., 1996.-С. 51-60.

88. Евсикова, Н. Ю. Электрические поля термического происхождения в природой древесине / Н. Ю. Евсикова, М. В. Винокуров // Лес. Наука. Молодежь - 2007 : сборник материалов по итогам научно-исследовательской работы молодых ученых ВГЛТА за 2006-2007 гг. - Воронеж, 2007. - С. 263-272.

89. Сканирование электрического поля в стволах древесных растений как метод выявления жизненного состояния / Н. Ю. Евсикова, Н. Н. Матвеев, О. М. Корчагин, Н. С. Камалова, В. Ю. Заплетин // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. - 2008. - № 6. - С. 43-49.

90. Эринып, П. П. Исследования природы деформации древесины при разных способах ее пластификации. / П.П.Эринып, И.Ф. Кулькевица. // Химия древесины. - 1981. - № 5. - С. 13-21.

91. Модель древесины с точки зрения физики полимеров / Н. Ю. Евсикова, Н. С. Камалова, В. В. Постников, В. И. Лисицын, Н. Н. Матвеев // Технология и оборудование деревообработки в 21 веке : межвузовский сборник научных трудов. - Воронеж, 2008. - Вып. 4. - С. 5-8.

92. Степень кристалличности целлюлозы и термическое сканирование / В.

B. Постников, Н. Ю. Евсикова, Н. С. Камалова, Н. Н. Матвеев // Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения. - 2009. - Т. 9, № 1. -

C. 197-199.

93.Новый подход к определению степени кристалличности целлюлозы в древесине / Н. Ю. Евсикова, Н. С. Камалова, Н. Н. Матвеев, В. В. Постников // Известия РАН. Серия физическая. - 2010. - Т. 74, № 9. - С. 1373-1374.

94. Оценка размеров кристаллита целлюлозы в древесине методом термического сканирования / В. В. Постников, Н. Ю. Евсикова, Н. Н. Матвеев, Н. С. Камалова, Н. И. Коротких, Н. А. Саврасова // Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения. - 2010. - Т. 10, № 1-2. - С. 281-283.

95. Релаксационные явления в волокнообразующих полостных структурах / Н. Ю. Евсикова, В. В. Постников, Н. С. Камалова, Н. Н. Матвеев // Релаксационные явления в твердых телах : тезисы докладов 22 Международной научной конференции, Воронеж, Россия, 14-17 сентября 2010 г. - Воронеж : Кварта, 2010. - С. 77-78.

96. Евсикова, Н. Ю. Степень кристалличности целлюлозы и время релаксации сегментальной подвижности ее макромолекул в неоднородном температурном поле / Н. Ю. Евсикова, Н. Н. Матвеев, Н. С. Камалова // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2011. - Т. 7, № 8. - С. 180-182.

97. Моделирование зависимости степени кристалличности целлюлозы в неоднородном температурном поле от времени релаксации сегментальной подвижности ее макромолекул / Матвеев H.H., Евсикова Н.Ю., Камалова Н.С., Коротких Н.И. // «Современные энергосберегающие тепловые технологии (Сушка и термовлажностная обработка материалов) СЭТТ - 2011» : материалы четвёртой Международной научно - практической конференции, Москва 2023 сентября 2011. - М., 2011. - Ч. 1. - С. 260-263.

98. Время релаксации сегментальной подвижности целлюлозы в древесине и степень ее кристалличности / Н. Ю. Евсикова, Н. Н. Матвеев, Н. С. Камалова, Н. И. Коротких, В. В. Постников // Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения (INTERMATIC - 2011) : материалы Международной научно-технической конференции, Москва, 14-17 ноября 2011 г. / под ред. А. С. Сигова. - М., 2011. - Ч. 2. - С. 201-203.

99. Кириченко H.A. Термодинамика, статистическая и молекулярная физика/ М.: Физматкнига, 2005. - 176 с.

100. Модель распределения неоднородного электрического поля термического происхождения по радиальной составляющей в стволе дерева / Н. С. Камалова, Н. Ю. Евсикова, В. И. Лисицын, Н. Н. Матвеев, В. В. Постников, Н. А. Саврасова, В. В. Саушкин // Наука и образование на службе лесного комплекса (к 75-летию ВГЛТА) : материалы Международной научно-практической конференции, Воронеж, 26-28 октября 2005 г. / ВГЛТА. - Воронеж, 2005. - Т. 1. -С. 294-298.

101. Разность потенциалов, возникающая в природной древесине под действием неоднородных температурных полей / Н. Ю. Евсикова, Н. С. Камалова,

В. В. Постников, Н. Н. Матвеев, В. И. Лисицын, Н. А. Саврасова, Б. М. Кумиц-кий // Вестник физико-математического факультета Елецкого государственного университета им. И. А. Бунина : сборник научных и учебно-методических трудов. - Елец, 2006. - Вып. 1. - С. 218 - 221.

102. Лыков, А. В. Теория теплопроводности / А. В. Лыков. - М.: Высшая школа, 1967. - 600 с.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. В предварительно неполяризованных образцах древесины, помещенных в среду, температура которой непрерывно изменяется с определенной скоростью, вследствие взаимодействия в неоднородном температурном поле основных составляющих этого сложного биокомпозита возникают термически индуцированные процессы поляризации кристаллитов целлюлозы.

2. Разность потенциалов, возникающая в образцах древесины в неоднородном температурном поле, прямо пропорциональна скорости изменения температуры. При равномерном изменении температуры среды в образцах возникает постоянная во времени разность потенциалов. При равноускоренном изменении температуры, чем быстрее увеличивается скорость изменения температуры, тем выше полученная разность потенциалов.

3. Разработана модель, согласно которой причиной возникновения электрических полей термического происхождения в высокомолекулярном биокомпозите - древесине с армирующей составляющей - фибриллообразующей целлюлозой, и аморфным наполнителем - лигнином служат термически индуцированный пироэлектрический и пьезоэлектрический эффекты в кристаллитах целлюлозы, вызванные воздействием неоднородного температурного поля на компоненты древесины.

4. На основе предложенной модели рассчитана величина напряженности электрического поля в тонком слое древесины, исследовано распределение неоднородного электрического поля термического происхождения в стволах древесных растений, обоснован новый метод оценки степени кристалличности целлюлозы в древесине, который можно применять для неразрушающего контроля качества древесины.

5. Показано, что время релаксации сегментальной подвижности макромолекул целлюлозы существенно зависит от степени ее кристалличности, отно-

сительной неоднородности температуры в образце и физических характеристик наполнителя. Получено соотношение для расчета степени кристалличности древесной целлюлозы и ее изменения в неоднородном температурном поле через относительное изменение времени релаксации.

6. Обнаружено наличие электрических полей в стволах растущих деревьев, источником которых служат явления поляризации в кристаллитах целлюлозы древесных волокон, вызванные неоднородным распределением тепловых полей вдоль радиуса ствола вследствие изменения температуры окружающей среды.

7. Выявлена связь величины и динамики изменения разности потенциалов между центром и наружным слоем древесины и центром и серединой радиуса ствола при изменении температуры окружающей среды с жизненным состоянием деревьев. Предложен метод диагностики жизненного состояния древесных растений путем сканирования электрического поля вдоль радиуса ствола.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключение считаю своим приятным долгом выразить искреннюю благодарность моим коллегам за многочисленные дискуссии и помощь в работе над диссертацией. И в первую очередь хочу поблагодарить моего научного руководителя - доктора физико-математических наук, профессора Матвеева Николая Николаевича за мудрое руководство и безграничное терпение.