固有値解析に基づく木材におけるセル壁の分布のエネルギー学

要旨 木材は、サンプル間で大きく異なる多くの特性によって特徴付けられる非常に不均一な材料です。同じ密度の木材であっても、セル壁の分布パターンに応じて特性に大きな違いが現れます。木材の変動を深く理解することを目的として、同じ密度だが大きく異なる収縮を持つサンプルを用いてこのパターンを物理的な観点から検討します。セル壁または内腔の出現の規則性を示すパワースペクトルは、木材サンプルの横断面のマイクログラフのフーリエ変換処理を通じて得られました。スペクトルを含む分散共分散行列から計算された固有値のセットは、木材のエネルギー固有状態を表すハミルトニアンと特定されます。したがって、セル壁の分布は熱力学および統計力学の観点から分析できます。後材の画像からの固有値は、早材のそれに比べて広く分布していました。最初の固有値はヘルムホルツ自由エネルギーに相当し、高収縮サンプルは後材が多く含まれるため、大きなヘルムホルツ自由エネルギーを示しました。各エネルギー固有状態に関連する確率から計算されたシャノンエントロピーは、早材の画像で後材よりも大きかったです。つまり、低収縮サンプルは高収縮サンプルよりも均一な構造を持っています。これらの結果は、マイクログラフからの観察および木材の物理特性に関する以前の知識と強く一致していました。本研究で提案された物理的アプローチは、データの起源に依存せず、広範な応用があります。