Cellulose til fremstilling af avancerede materialer

Det sidste årti har oplevet en stigning i videnskabelige publikationer og patenter på cellulose, den mest almindelige naturlige polymer. Ved at gennemgå disse papirer, en forsker i UPV/EHUs afdeling for grafisk design og ingeniørprojekter har undersøgt udviklingsniveauet for nanohybridmaterialer fremstillet af cellulose -nanokrystaller kombineret med organiske og uorganiske partikler. Gennemgangen fokuserer på fremstillingsmetoder, typer af nanohybrider skabt, og deres applikationer.

Erlantz Lizundia-Fernandez, der holder foredrag i UPV/EHUs afdeling for grafisk design og ingeniørprojekter, arbejder med vedvarende polymerer. "Vi søger at fremme den cirkulære økonomi, så vi bruger vedvarende materialer til at erstatte de applikationer, der i øjeblikket kommer fra olie, eller, for eksempel, så de kan bruges til at erstatte knappe elementer som lithium eller kobolt. Min forskning fokuserer på cellulose, og ud af alle typer cellulose, Jeg har hovedsageligt arbejdet med nanokrystaller, " han sagde.

Som ekspert i emnet, Lizundia har sammen med yderligere tre forskere fra Italien og Canada gennemgået de vigtigste udviklinger og fremskridt, der for nylig er opstået inden for cellulose -nanokrystaller. "Der er et stort antal forskningsartikler, der forklarer syntesen af ​​materialer af denne type, og som er rettet mod det, der er kendt som proof of concept, med andre ord, for at vise, at de kan bruges til en bestemt applikation. Cellulose -nanokrystaller er blevet udbredt til mekanisk at styrke polymerer. Alligevel er der næsten ikke noget arbejde, der katalogiserer og forklarer anvendelserne af hybridmaterialer, der er produceret ved hjælp af cellulosananokrystaller. Dette er, hvad vi har bidraget med:Vi har beskrevet den nyeste teknik inden for dette vidensområde ved at foretage en grundig gennemgang af de papirer, der blev offentliggjort i denne henseende, "forklarede forskeren.

Cellulosekrystaller kan ekstraheres fra ethvert objekt, der indeholder cellulose, det være sig et træ eller en avis, og disse krystaller bruges som base, som en matrix, at producere multifunktionelle materialer ved at hybridisere dem med andre komponenter, såsom metaloxid -nanopartikler, carbon nanopartikler eller andre af naturlig oprindelse. De skabte materialer har mange interessante egenskaber:de er vedvarende og biologisk nedbrydelige, de kan opnås enkelt og omkostningseffektivt, de giver stor fleksibilitet, er af lav densitet og høj porøsitet, og har fremragende mekanisk, termiske og fysisk-kemiske egenskaber, blandt andet. I analysen undersøgte de tre aspekter af hybridmaterialer i dybden:fremstillingsprocessen, hvormed de dannes, de typer hybridmaterialer, der produceres, og de applikationer, de bruges til.

En lang række applikationer inden for teknik og medicin

Lizundia og de andre forskere gennemgik de fremstillingsmetoder, der blev brugt til at danne hybridmaterialer med en række morfologier og former. "Den mest udbredte metode er den enkleste af alle, "de sagde i artiklen:cellulosananokrystaller og de andre elementer, der er bestemt til at danne hybridmaterialet, blandes i en opløsning; denne opløsning dekanteres på en overflade, og vandet får lov til at fordampe." Gennem denne teknik producerer cellulose-nanokrystaller spiralformede strukturer, kirale nematiske strukturer. "Det særlige ved disse strukturer er, at de giver materialet strukturel farve. Nanokrystaller er organiseret i lag og, afhængigt af afstanden mellem lagene, hybridmaterialet vil reflektere lys i en eller anden bølgelængde, hvilket er det samme som at sige, at det vil være i en eller anden farve, "tilføjede Lizundia.

Bortset fra ovennævnte fremstillingsmetode, undersøgelsen tog også filtrering, 3D-udskrivning, lag-for-lag-samling og sol-gel-processen i betragtning. I alle tilfælde er metodens udviklingsgrad beskrevet, og egenskaberne ved de materialer, der fremstilles af den, er citeret. Imidlertid, et helt kapitel er bagefter afsat til træk ved nanohybriderne dannet i de forskellige analyserede undersøgelser; dette efterfølges af en klassificering med hensyn til de elementer, der er føjet til nanokrystaller:metaller, metaloxider, carbon nanofibre og nanopartikler, lag af grafen, selvlysende nanopartikler, osv. Endelig de foreslåede ansøgninger om hybridmaterialer undersøges, fokuserer hovedsageligt på ingeniørvidenskab og medicin. Sensorer, katalysatorer, spildevandsrensningsmaterialer og energianvendelser udviklet ved hjælp af cellulose -nanokrystaller skiller sig ud blandt tekniske applikationer. Og blandt dem, der er rettet mod medicinske anvendelser, citerer de bidrag fra materialer til områder, såsom vævsteknik, levering af medicin, antibakterielle opløsninger eller sårforbindinger.

I hver af de nævnte dele gennemgår de, hvad der er opnået med de forskellige forskningsstykker, men som eksperter i emnet giver de også deres egen vurdering af materialernes potentiale, og hvad der mangler at blive udviklet. Lizundia nåede frem til følgende konklusion:"Dette arbejde har tjent til at samle al forskning spredt på forskellige steder, og vi tilbyder et komplet billede af udviklingsniveauet for hybridmaterialer. På den måde håber vi, at interessen for dem vil stige, og at forskning på dette område vil blive tilskyndet til at udfylde de huller, vi har fundet, såsom en nanotoksicitetsundersøgelse i medicinske anvendelser eller fastlæggelse af miljøbelastningen af ​​disse materialer. "