Metoden samler cellulose nanofibre til et materiale, der er stærkere end edderkoppesilke

Forskere i Sverige har produceret et biobaseret materiale, der rapporteres at overgå styrken af ​​alle kendte biobaserede materialer, uanset om de er fremstillede eller naturlige, herunder træ og edderkoppesilke.

Arbejde med cellulose nanofibre (CNF), den væsentlige byggesten i træ og andet planteliv, forskerne rapporterer, at de har overvundet vanskeligheden med at omsætte disse nanofibres utrolige mekaniske egenskaber til større, letvægtsmaterialer til brug i fly, biler, møbler og andre produkter.

"De biobaserede nanocellulosefibre, der fremstilles her, er 8 gange stivere og har en styrke, der er højere end naturlige dragline-edderkoppesilkefibre, generelt anset for at være det stærkeste biobaserede materiale, " siger den tilsvarende forfatter Daniel Söderberg, forsker ved KTH Kgl. "Den specifikke styrke overstiger metallernes, legeringer, keramik og E-glasfibre."

Udgivet i tidsskriftet American Chemical Society ( ACS Nano ), undersøgelsen beskriver en ny metode, der efterligner naturens evne til at arrangere cellulosenanofibre i næsten perfekte makroskalaarrangementer.

De rapporterede fremskridt er et resultat af udviklingen af ​​indsigt i den måde, fysik styrer strukturering af komponenter på, såsom CNF, på nanoskala under fremstilling.

Denne forståelse muliggjorde en ny proces, som går ud på at kontrollere strømmen af ​​nanofibre suspenderet i vand i en 1 mm bred kanal fræset i rustfrit stål. Forbindelse af strømme af deioniseret vand og vand med lav pH hjælper med at justere nanofibrene i den rigtige retning og gør det muligt for de supramolekylære interaktioner mellem CNF'er at selvorganisere sig til en velpakket tilstand, hvor de er forbundet sammen.

"Denne opdagelse er gjort mulig ved at forstå og kontrollere de vigtigste grundlæggende parametre, der er afgørende for perfekt nanostrukturering, såsom partikelstørrelse, interaktioner, justering, diffusion, netværksdannelse og samling, " siger Söderberg.

Söderberg siger, at undersøgelsen åbner vejen for at udvikle nanofibermateriale, der kan bruges til større strukturer, samtidig med at nanofibrenes trækstyrke og evne til at modstå mekanisk belastning bevares. Processen kan også bruges til at styre samling af kulstofrør og andre fibre i nanostørrelse.

Målinger af materialet blev rapporteret for trækstivhed, 86 gigapascal (GPa), og for trækstyrke, 1,57 GPa.