01.03.2021
Hochaufgelöste Visualisierung von Holztracheiden und Eindimensionale Parametrisierung von Holzstrahlen

Hochaufgelöste Visualisierung von Holztracheiden (links). Eindimensionale Parametrisierung von Holzstrahlen (rechts)

Quelle: Sergio J. Sanabria et al.

Von der Zellulosefibrille über die Zellwand und die Anordnung der Früh- und Spätholzzellen in einem Jahrring bis hin zum Balken ist Holz ein von der Natur optimierter Hochleistungswerkstoff, der Handwerker, Architekten und Ingenieure sowie Wissenschaftler gleichermaßen fasziniert und inspiriert.

Im digitalen Zeitalter nutzt man neben klassischen Versuchen im Labor zunehmend auch Modelle und Simulationen, um das Verhalten des Materials unter diversen Belastungen besser zu verstehen und sicherer vorhersagen zu können. Dafür erforderliche Zahlenwerte für Deformationen auf subzellulärer Skala konnten nun aus Experimenten ermittelt werden, die an der TOMCAT-Strahllinie (TOmographic Microscopy and Coherent rAdiology ExperimenTs) der SLS (Swiss Light Source) durchgeführt wurden. Dazu wurden Holzproben aus Fichte (Picea abies Karst.) mit einem Prüfquerschnitt von minimal 1 mm² einer Zug- oder Drucklast ausgesetzt und die Veränderungen auf Zellebene mittels Computer-Tomografie aufgezeichnet. Für die Auswertungen im Nachgang wurde ein Ansatz entwickelt, um einzelne Zellen im Zellverbund in den verschiedenen Tomogrammen nachverfolgen zu können und ihre Geometrien und Deformationsverhalten für verschiedenen Belastungsstadien zu vermessen.

Unter Zugbelastung beispielsweise verengt sich die Zellwanddicke um etwa 0,8 %, was bei der vermessenen durchschnittlichen Zellwanddicke von 3,5 µm etwa 28 nm beträgt. Diese und andere gewonnenen Erkenntnisse ermöglichen eine direkte Verlinkung zwischen Deformationen der Mikrostruktur mit dem daraus resultierenden makroskopischen Verhalten.

In‑situ quantification of microscopic contributions of individual cells to macroscopic wood deformation with synchrotron computed tomography
S. J. Sanabria, Franziska Baensch, M. Zauner, P. Niemz
erschienen in Scientific Reports, Vol. 10, Seiten 21615 ff.
BAM Fachbereich Sensorik, mess- und prüftechnische Verfahren