Tilføjelse af grafen til jutefibre kunne give et naturligt alternativ til menneskeskabte materialer

Forskere fra University of Manchester har kombineret grafen med den naturlige fiberjute, at skabe en verdens første for grafenforstærkede naturlige jutefiberkompositter.

Gennembruddet kan føre til fremstilling af højtydende og miljøvenlige naturfiberkompositter, der kan erstatte deres syntetiske modstykker i større produktionsområder, såsom bilindustrien, skibsbygning, holdbare vindmøllevinger og lavprishuse.

Det kan også øge landbrugsøkonomierne i lande som Bangladesh, Indien, og Kina – hvor jutematerialet hovedsageligt produceres – hævder forskerne fra The University of Manchester.

Universitetet er hjemsted for National Graphene Institute og Graphene Engineering Innovation Centre som giver en uovertruffen kritisk masse af grafenekspertise. De to faciliteter demonstrerer Manchesters position som en globalt førende videnbase inden for grafenforskning og kommercialisering.

Jute er udvundet af barken af ​​den hvide juteplante (Corchorus capsularis) og er 100 procent biologisk nedbrydelig, genanvendelige og miljøvenlige naturfibre. Det er også den næstmest producerede naturfiber i verden – efter bomuld – og er mindst 50 procent billigere end hør og andre lignende naturlige fibre.

Dette gør det yderst tiltalende for forskellige industrisektorer, der ønsker at skabe en billigere, mere miljøvenligt alternativ til syntetiske kompositter. Det er grunden til, at naturfiberkompositter tiltrækker betydelig interesse på grund af potentialet til at reducere kulstofaftryk ved at erstatte syntetisk fremstillede materialer, såsom glasfiber, hvilket koster mere og kan være skadeligt for planeten.

Forkan Sarker, en Commonwealth Scholarship-modtager for Bangladesh, har udført eksperimenterne og analysen af ​​dataene til denne undersøgelse, og publikationen, der viser, at grafen kan være kritisk, er tilgængelig online.

Professor Prasad Potluri, Forskningsdirektør, North West Composites Center sagde:"Forkan Sarker, sluttede sig til min gruppe med henblik på at arbejde med et ph.d.-problem, der er relevant for hans lands økonomi.

"Dette er et eksempel på en fornuftig kombination af lav værdi, kulstofneutrale råvarefibre med en ekstremt lille volumenfraktion af højværdigrafen for at skabe et materialesystem, der kunne erstatte energiintensive kul- og glasfibre i en række lette strukturelle applikationer."

På trods af deres miljømæssige akkreditiver, naturfiberkompositter lider af dårlige mekaniske og grænsefladeegenskaber, hvilket betyder, at de ikke er stærke nok til nogle industrielle anvendelser. Derfor har forskere fra University of Manchesters National Graphene Institute (NGI) og Robotics and Textile Composites Group arbejdet på et samarbejdsprojekt og belagt jutefibre med grafenoxid og grafenflager for at forbedre dets styrke.

Resultaterne har været yderst positive og viser, at jutefibrene med en grafenbelægning har øget grænsefladeforskydningsstyrken på omkring 200 procent, med en bøjningsstyrke, der stiger med næsten 100 procent sammenlignet med de ubehandlede fibre.

Dr Nazmul Karim, Knowledge Exchange Fellow (Graphene) ved National Graphene Institute, sagde:"Vi har arbejdet på grafen og andre 2D-materiale-baserede naturfibre i flere år i Prof Novoselovs gruppe. Det er fantastisk at omsætte den erfaring til at udvikle højtydende naturfiberkompositter".

Dr Karim, som også udtænkte ideen og designede eksperimenterne med at inkorporere grafen på jute, tilføjede:"Jute, engang kendt som 'de gyldne fibre i Bangladesh, ' mistede sin glasur i 1980'erne, efter at syntetiske materialer som polyethylen og plast blev introduceret. Imidlertid, med stigende miljøbekymringer med plastik, brugen af ​​naturlige fibre som jute er igen stigende.

"I øvrigt, brugen af ​​jute i bilinteriør af globale bilgiganter er vokset hurtigt med en aktuel efterspørgsel på 100, 000 tons om året. Jeg tror på, at vores grafenbaserede jutefibre kan spille en meget vigtig rolle for at imødekomme den voksende efterspørgsel efter mere miljøvenlige produkter til forskellige industrier."