Water dynamics in dilute nanofibrillar cellulose systems
Tid: To 2026-06-04 kl 10.00
Plats: D3, Lindstedtsvägen 5, Stockholm
Videolänk: https://kth-se.zoom.us/j/62932453300
Språk: Engelska
Ämnesområde: Fiber- och polymervetenskap
Respondent: Hanno Holzinger , Fiberprocesser
Opponent: Professor Sebastian Meier, Technical University of Denmark, Department of Chemistry
Handledare: Professor Daniel Söderberg, Wallenberg Wood Science Center, Teknisk mekanik, Fiberprocesser; Doktor Anastasia Riazanova, Wallenberg Wood Science Center, Fiberprocesser
QC 2026-05-07
Embargo t.o.m. 2027-06-04 godkänt av skolchef Amelie Eriksson Karlström via e-post 2026-05-05.
Abstract
Vatten spelar en grundläggande roll i att styra struktur och transport i vattenbaserade mjuka materialsystem, men dess beteende i komplexa nanoskaliga miljöer är fortfarande otillräckligt utrett. Denna avhandling undersöker själv-diffusion av vatten i cellulosa-nanofiber (CNF)-nätverk för att belysa samspelet mellan nanoskalig struktur, interpartikulära interaktioner och transportegenskaper. Avancerade karakteriserings- och modelleringsmetoder som sträcker sig över atomistiska och grovkorniga skalor har applicerats, däribland pulserad gradient spin-eko kärnmagnetisk resonansspektroskopi (PGSE NMR) för att kvantifiera vattnets självdiffusion, i kombination med småvinkel- och kvasi-elastisk neutronspridning (SANS/QENS) för att undersöka nätverksstruktur och nanofiberdynamik. Dessa ger mekanistisk insikt av de sammankopplade dynamikerna av fibrer och vatten över flera längd- och tidsskalor. Resultaten visar att vattendiffusionen reduceras bortom ren utesluten volymeffekt, även vid låga CNF-koncentrationer, vilket uppstår från kombinationen av interfaciala hydratiseringslager och nanofibrernas dynamiska, semiböjliga natur. Över solgel-övergången blir fiberdynamiken mindre dominant, medan solvatiserade joner och jonspecifika interaktioner i ökande grad styr både vattendiffusivitet och nätverksstruktur. I hybridsystem kan transportegenskaper justeras genom starka lokala interaktioner mellan komponenter. Sammanfattningsvis etablerar detta arbete ett mekanistiskt ramverk som kopplar nanoskaliga interaktioner, nätverksstruktur och transportfenomen i cellulosananofibersystem. Dessa insikter skapar en grund för design av avancerade nanocellulosabaserade material med skräddarsydda transportegenskaper för tillämpningar inom filtrering, biomedicin och hållbar materialutveckling.