Biosyntetiserede fibre inspirerede til stærke og seje kunstige nanokompositfibre

Højtydende biomassebaserede nanokompositter fremstår som lovende materialer til fremtidige strukturelle og funktionelle anvendelser på grund af deres miljøvenlige, vedvarende og bæredygtige egenskaber. Bio-sourcede nanocelluloser (en slags nanofibre) opnået fra planter og bakteriel fermentering er de mest udbredte råvarer på jorden. De har tiltrukket sig enorm opmærksomhed for nylig på grund af deres attraktive iboende fordele, herunder biologisk nedbrydelighed, lav densitet, termisk stabilitet, global tilgængelighed fra vedvarende ressourcer, samt imponerende mekaniske egenskaber. Disse funktioner gør dem til passende byggesten til at spinde den næste generation af avancerede makrofibre til praktiske anvendelser.

I de seneste årtier, forskellige strategier er blevet fulgt for at opnå cellulosebaserede makrofibre med forbedret styrke og stivhed. Imidlertid, næsten alle af dem er blevet opnået på bekostning af forlængelse og sejhed, fordi styrke og sejhed altid udelukker hinanden for menneskeskabte konstruktionsmaterialer. Derfor, dette dilemma er ret almindeligt for tidligere rapporterede cellulosebaserede makrofibre, hvilket i høj grad begrænsede deres praktiske anvendelser.

I en ny artikel offentliggjort i National Science Review , For nylig, et bionikforskerhold ledet af prof. Yu Shuhong fra University of Science and Technology of China (USTC) søgte inspiration til at løse dette problem fra biologiske strukturer. De fandt ud af, at de udbredte biosyntetiserede fibre, såsom nogle plantefibre, edderkoppesilke, og dyrehår, alle har nogle lignende funktioner. De er både stærke og seje, og har hierarkiske spiralformede strukturer på tværs af multiple længdeskalaer med stive og stærke nanoskala fibrøse byggeklodser indlejret i bløde og energidissiperende matricer.

Inspireret af disse strukturelle egenskaber i biosyntetiserede fibre, de præsenterede en designstrategi til fremstilling af nanocellulosebaserede makrofibre med lignende strukturelle egenskaber. De brugte bakterielle cellulose nanofibre som de stærke og stive byggesten, natriumalginat som den bløde matrix. Ved at kombinere en let vådspinningsproces med en efterfølgende multipel vådsnoningsprocedure, de opnåede med succes biomimetiske hierarkiske spiralformede nanokompositmakrofibre, og realiserede en imponerende forbedring af deres trækstyrke, forlængelse og sejhed samtidigt som forventet.

Denne præstation bekræfter gyldigheden af ​​deres bioinspirerede design og giver en potentiel vej til yderligere at skabe mange andre stærke og seje nanokompositfibermaterialer til forskellige anvendelser.