Deterioración por corte de la estructura jerárquica de los microfibrilos de celulosa bajo condiciones de agua: Análisis de dinámica molecular de átomos completos
Autores: Izumi, Yukihiro; Saitoh, Ken-ichi; Sato, Tomohiro; Takuma, Masanori; Takahashi, Yoshimasa
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Deterioración por corte de la estructura jerárquica de los microfibrilos de celulosa bajo condiciones de agua: Análisis de dinámica molecular de átomos completos
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Estudio
Propiedades mecánicas
Nanofibras de celulosa
Modelos de dinámica molecular
Deformación por corte
Moléculas de agua
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 16
Citaciones: Sin citaciones
Este estudio tiene como objetivo comprender las propiedades mecánicas de las nanofibras de celulosa (CNFs), un elemento material a nanoescala de la madera o las plantas. Desarrollamos modelos de dinámica molecular de átomos completos (AA) de microfibrillas de celulosa (CMFs), que son el constituyente más pequeño de las CNFs. Los modelos fueron diseñados para el proceso de fallo estructural o la degradación de un material jerárquico de múltiples fibras de CMF, debido a la deformación por corte. Se asumió que dos CMFs estaban dispuestas en paralelo y en estrecho contacto, ya sea en un vacío o en agua. Los modelos de CMF en agua se construyeron rodeando moléculas de agua modeladas en AA con unos pocos nanómetros. Se aplicó deformación por corte en la dirección axial de la CMF o en la dirección paralela a las capas moleculares. Se midieron los módulos de corte, y estos coinciden con valores experimentales y computacionales anteriores. La presencia de moléculas de agua redujo el módulo elástico, debido al comportamiento de las moléculas de agua en la interfaz entre las CMFs en función de la temperatura. En la región inelástica, la CMF a menudo se rompía dentro de las CMFs en condiciones de vacío. Sin embargo, en entornos acuosos, dos CMFs tienden a deslizarse entre sí en la interfaz. Las moléculas de agua actúan como un lubricante entre múltiples CMFs y promueven un deslizamiento suave.
Descripción
Este estudio tiene como objetivo comprender las propiedades mecánicas de las nanofibras de celulosa (CNFs), un elemento material a nanoescala de la madera o las plantas. Desarrollamos modelos de dinámica molecular de átomos completos (AA) de microfibrillas de celulosa (CMFs), que son el constituyente más pequeño de las CNFs. Los modelos fueron diseñados para el proceso de fallo estructural o la degradación de un material jerárquico de múltiples fibras de CMF, debido a la deformación por corte. Se asumió que dos CMFs estaban dispuestas en paralelo y en estrecho contacto, ya sea en un vacío o en agua. Los modelos de CMF en agua se construyeron rodeando moléculas de agua modeladas en AA con unos pocos nanómetros. Se aplicó deformación por corte en la dirección axial de la CMF o en la dirección paralela a las capas moleculares. Se midieron los módulos de corte, y estos coinciden con valores experimentales y computacionales anteriores. La presencia de moléculas de agua redujo el módulo elástico, debido al comportamiento de las moléculas de agua en la interfaz entre las CMFs en función de la temperatura. En la región inelástica, la CMF a menudo se rompía dentro de las CMFs en condiciones de vacío. Sin embargo, en entornos acuosos, dos CMFs tienden a deslizarse entre sí en la interfaz. Las moléculas de agua actúan como un lubricante entre múltiples CMFs y promueven un deslizamiento suave.