Bæredygtige biosyntetiske transparente film udviklet til plasterstatning

I dag er der ingen mulighed for at komme væk fra plastik. Vi producerer over 300 millioner tons plast hvert år, hvoraf over 40% fremstilles til film til emballering. Mange af disse plastfolieprodukter, såsom plastikposer og madpakker, har en levetid på blot minutter til timer, alligevel kan de forblive i miljøet i hundreder af år.

Da den hurtigt stigende produktion af engangsplastfolieprodukter overvælder verdens evne til at håndtere dem, plastfilmforurening er blevet et af de mest presserende miljøproblemer. Med sollys, vind, og bølgebevægelse, kun en enkelt plastikpose kan brydes i så meget som 1,75 millioner mikroskopiske fragmenter. Disse såkaldte mikroplastik er blevet fundet i hvert hjørne af kloden fra Mount Everest, den højeste top, til Marianergraven, det dybeste trug. Hvorved de er blevet fundet i mere end 100 arter, inklusive, fisk, reje, og fugle.

I en undersøgelse offentliggjort i Stof , et hold ledet af prof. Yu Shuhong fra University of Science and Technology of China (USTC) fra det kinesiske videnskabsakademi rapporterede en ultra-stærk, ultrahård og gennemsigtig nacre-inspireret nanokompositfilm, som er konstrueret af bæredygtige ingredienser af levende bakterier. Denne bæredygtige film er fremstillet gennem en simpel et-trins fermentering, såkaldt aerosol-assisteret biosynteseproces. Denne nye fermenteringsproces kombinerede aflejring af nanomateriale og samling i nanoskala med bakteriel sekretionsproces for at opnå fremskridt styrke og gennemsigtighed. Nyd godt af kombinationen af ​​ler nanoplader og bakteriel cellulose, denne film behandler en perlemor-inspireret "mursten og fiber"-struktur, som giver enestående mekanisk styrke. I mellemtiden samspillet mellem nanoplader af ler og bakterier resulterede i finere bakterielle cellulosefibre, som yderligere forbedrer filmens styrke og gennemsigtighed.

Denne nacre-inspirerede kompositfilm besidder flere spændende makroskopiske egenskaber i ét materiale, herunder unikke optiske egenskaber og fremragende mekaniske egenskaber. Nyder godt af den perlemor-inspirerede "mursten og fiber"-struktur med finere BC-fibre, transmittansen og uklarheden af ​​den nacre-inspirerede kompositfilm er mere end 73 % og 80 %, henholdsvis, inden for hele det synlige spektrum. Den unikke optiske ydeevne, der kombinerer høj optisk transmittans og høj optisk uklarhed, er afgørende for effektiv lysstyring i optoelektroniske enheder, hvilket er udfordrende for plastfilm på grund af deres homogene struktur. En sådan perlemor-inspireret kompositfilm med høj gennemsigtighed og uklarhed kan bruges som et potentielt materiale til plasterstatning i lysstyring.

I mellemtiden den opnåede perlemor-inspirerede komposit besidder høj styrke (~482 MPa) og stivhed (~15 GPa), som er mere end seks og tre gange højere end PET-film, henholdsvis. Udover, god fleksibilitet gør det muligt at folde den perlemor-inspirerede komposit til den ønskede form og viser ingen synlige skader efter udfoldning. I øvrigt, den perlemor-inspirerede komposit udviser en ekstrem lav termisk udvidelseskoefficient (~3 ppm K-1) og en høj maksimal driftstemperatur (op til 250 oC), hvilket betyder bedre termisk stabilitet og dimensionsstabilitet af den perlemor-inspirerede komposit, hvilket gør det sikrere og mere pålideligt end plast i daglig brug. Sammenlignet med spændende biobaserede polymerer, vores perlemor-inspirerede komposit viser meget bedre mekaniske og termiske egenskaber med god bæredygtighed. Desuden, givet gæringens iboende træk, storstilet produktion af denne bæredygtige perlemor-inspirerede komposit til kommerciel brug kan forventes i den nærmeste fremtid.

Den perlemor-inspirerede komposit kan ikke kun erstatte plastik og redde os fra at drukne i dem, men viser også et stort potentiale som næste generation af substratmateriale til fleksibel elektronik. Generelt, et ideelt substrat til fleksibel elektronik kræver optisk gennemsigtighed for skærme, fleksibilitet og foldbarhed, lavpris og dimensionsstabilitet under termisk cykling. Integrerer den fremragende mekaniske, termiske og optiske egenskaber i ét materiale, den perlemor-inspirerede komposit vil spille en meget vigtig rolle som et nyt substratmateriale til fleksibel elektronik.