A neu Studie , veröffentlicht im Journal der American Chemical Society ACS Nano, enthüllt eine neue biobasiertes Material, das von Forschern des KTH Royal Institute of Technology in Stockholm, Schweden, erzeugt wurde und stärker ist als alle derzeit vorhandenen biobasierten Materialien, einschließlich Holz und Spinnenseide . Das Material wurde mit einer neuen Methode erstellt, die die Fähigkeit der Natur wiederherstellt, Cellulose-Nanofasern in makroskaligen Anordnungen anzuordnen.
Bioinspirierte Baugruppe
In der Natur weisen die nanoskaligen Bausteine einiger Materialien einzigartige mechanische Eigenschaften auf, die durch eine fehlerfreie Molekülstruktur verursacht werden. Bisher war die Wiederherstellung dieser mechanischen Eigenschaften für makroskopische Materialien jedoch immer problematisch, da diese Bausteine angeordnet werden müssendie geeigneten Multiskalenmuster bei der Behandlung der Defekte, die in diesen größeren Maßstäben auftreten.
"In letzter Zeit haben Wissenschaftler nach Ideen gesucht, wie sie die Architektur natürlicher Materialien nachahmen können, basierend auf Konstruktionsprinzipien, die typischerweise als" bioinspirierte Montage "bezeichnet werden. Eine übergeordnete Herausforderung bei der Herstellung von Strukturmaterialien besteht darin, die außergewöhnlichen mechanischen Eigenschaften nanoskaliger Bausteine zu übersetzen", heißt esdas Papier.
In dieser Studie arbeiteten KTH-Forscher mit Cellulose-Nanofasern CNF, den Bausteinen von Pflanzen, um diese Probleme zu lösen. Die Wissenschaftler wählten CNFs, weil sie eines der am häufigsten vorkommenden Strukturelemente der Natur sind und eine hohe mechanische Steifigkeit und Festigkeit aufweisen.
Eindrucksstärke und Steifheit
Das Ergebnis war die Schaffung größerer, aber dennoch leichter Materialien, die auch eine beeindruckende Festigkeit und Steifheit zeigten. “Die hier hergestellten biobasierten Nanocellulosefasern sind 8-mal steifer und haben höhere Festigkeiten als natürliche Schleppseiden-Spinnenseidenfasern, die allgemein als die angesehen werdenstärkstes biobasiertes Material “ sagte korrespondierender Autor Daniel Söderberg, Forscher am KTH Royal Institute of Technology.
„Die spezifische Festigkeit übersteigt die von Metallen, Legierungen, Keramiken und E-Glasfasern.“
„Die spezifische Festigkeit übersteigt die von Metallen, Legierungen, Keramiken und E-Glasfasern“, fügte Söderberg hinzu.
Das neue Material ist das Ergebnis eines komplexen Prozesses, bei dem Nanofasern in einem 1 mm breiten, in Edelstahl gefrästen Kanal in Wasser suspendiert werden, während ihr Fluss überwacht wird.
Mit entionisiertem Wasser und Wasser mit niedrigem pH-Wert werden die Nanofasern dann in die richtige Richtung ausgerichtet, damit sich die supramolekularen Wechselwirkungen zwischen CNFs in den richtigen Zustand bringen. “Hier berichten wir über die flussunterstützte Organisation von CNFs in makroskaligen Fasernmit nahezu perfekter unidirektionaler Ausrichtung “, heißt es in der Studie.
Dieses neue leichte Hochleistungsmaterial ist außerdem umweltfreundlich, energieeffizient und stammt aus nachhaltigen erneuerbaren Ressourcen. . Zukünftige Anwendungen für das Biomaterial könnte von der Herstellung von Automobilen und Flugzeugen bis hin zu Möbeln und anderen Produkten reichen.
„Diese Entdeckung wird ermöglicht, indem die wichtigsten grundlegenden Parameter verstanden und gesteuert werden, die für eine perfekte Nanostrukturierung wesentlich sind, wie Partikelgröße, Wechselwirkungen, Ausrichtung, Diffusion, Netzwerkbildung und Aufbau“, schloss Söderberg.
Obwohl revolutionär, ist diese Entdeckung nicht ganz neu. Seit 2015 werden bei der Herstellung von Produkten wie Wegwerfwindeln, Kugelschreiber-Tinte, Audio-Lautsprechern und sogar Toilettenreinigern Variationen von CNF verwendet.
Via : KTH