Stworzono kompozyt roślinny o wyjątkowej wytrzymałości
Naukowcy stworzyli nowy kompozyt pochodzenia roślinnego, który jest twardy jak kość i wytrzymały jak aluminium. Może on pomóc w produkcji zrównoważonych tworzyw sztucznych.
Pojedyncza ściana komórki drewna zbudowana jest w włókien celulozy - najpowszechniejszego polimeru występującego w przyrodzie. Wewnątrz każdego włókna znajdują się nanokryształy celulozy (CNC), które są łańcuchami polimerów organicznych ułożonych w niemal idealne wzory krystaliczne. CNC są mocniejsze i sztywniejsze niż kevlar.
Naukowcy z MIT stworzyli kompozyt wykonany głównie z nanokryształów celulozy zmieszanych z syntetycznym polimerem. Badania wskazują, że organiczne kryształy zajmują 60-90 proc. całego materiału - to największa frakcja CNC osiągnięta w jakimkolwiek kompozycie.
Co ciekawe, kompozyt oparty na CNC, może być wytwarzany zarówno w sposób klasyczny, jak i przy pomocy techniki druku 3D. Kompozyt jest twardszy niż wiele rodzajów kości, a także wytrzymalszy od aluminium.
- Tworząc kompozyty z CNC przy dużym obciążeniu, możemy nadać materiałom opartym na polimerach właściwości mechaniczne, jakich nigdy wcześniej nie miały. Jeśli możemy zastąpić niektóre tworzywa sztuczne na bazie ropy naftowej naturalnie pozyskiwaną celulozą, jest to prawdopodobnie lepsze również dla naszej planety - powiedział prof. A. John Hart z MIT.
W ostatnich latach naukowcy badali możliwości wyodrębnienia nanokryształów celulozy z włókien celulozy w procesie zwanym hydrolizą kwasową. Wyjątkowo wytrzymałe kryształy mogłyby zostać wykorzystane jako naturalne wzmocnienie w materiałach na bazie polimerów. Do tej pory jednak naukowcy byli w stanie wykorzystać jedynie niewielkie frakcje CNC, ponieważ kryształy miały tendencję do zbijania się w grudki i słabo wiązały się z cząsteczkami polimeru.
Zespół Harta opracował kompozyt o wysokiej zawartości CNC, który można uformować w trwałe formy. Badanie mikroskopowe wykazało, że ziarna celulozy utworzyły ceglany wzór, podobny do architektury masy perłowej.
Uczeni z MIT przetestowali odporność materiału na pęknięcia i stwierdzili, że kompozytowe ułożenie ziaren celulozy zapobiegało pęknięciom. Ta odporność na odkształcenia plastyczne nadaje kompozytowi twardość i sztywność na granicy pomiędzy konwencjonalnymi tworzywami sztucznymi a metalami.
