Bei der Methode werden Zellulose-Nanofasern zu einem Material zusammengefügt, das stärker ist als Spinnenseide

Schweizers Reagenz (Schweizers reagent) (April 2019).

Anonim

Forscher in Schweden haben ein biobasiertes Material hergestellt, von dem berichtet wird, dass es die Stärke aller bekannten biobasierten Materialien übertrifft, ob künstlich oder natürlich, einschließlich Holz und Spinnenseide.

In Zusammenarbeit mit Cellulose-Nanofasern (CNF), dem essentiellen Baustein von Holz und anderen Pflanzen, haben die Forscher die Schwierigkeit überwunden, die unglaublichen mechanischen Eigenschaften dieser Nanofasern in größere, leichtere Materialien für Flugzeuge, Autos und Möbel zu übertragen und andere Produkte.

"Die biobasierten Nanozellulosefasern, die hier hergestellt werden, sind acht Mal steifer und haben höhere Festigkeiten als natürliche Dragline-Spinnenseidenfasern, die allgemein als das stärkste biobasierte Material angesehen werden", sagt der korrespondierende Autor Daniel Söderberg, Forscher an der Royal Institute of Technology der KTH. "Die spezifische Festigkeit übersteigt die von Metallen, Legierungen, Keramiken und E-Glasfasern."

Die Studie, die in der Zeitschrift der American Chemical Society (ACS Nano) veröffentlicht wurde, beschreibt eine neue Methode, die die Fähigkeit der Natur nachahmt, Zellulose-Nanofasern in nahezu perfekten makroskopischen Anordnungen anzuordnen.

Der berichtete Fortschritt resultiert aus der Entwicklung von Erkenntnissen darüber, wie die Physik die Strukturierung von Komponenten wie CNF auf der Nanoskala während der Herstellung steuert.

Dieses Verständnis ermöglichte ein neues Verfahren, bei dem der Fluss von Nanofasern, die in Wasser suspendiert sind, in einem 1 mm breiten, in Edelstahl gefrästen Kanal gesteuert wird. Die Verbindung von entionisiertem Wasser und Wasser mit niedrigem pH-Wert hilft dabei, die Nanofasern in die richtige Richtung auszurichten und die supramolekularen Wechselwirkungen zwischen CNFs zu ermöglichen, sich selbst zu einem gut gepackten Zustand zu organisieren, in dem sie miteinander verbunden sind.

"Diese Entdeckung wird ermöglicht durch das Verständnis und die Kontrolle der grundlegenden Parameter, die für die perfekte Nanostrukturierung von Bedeutung sind, wie Partikelgröße, Wechselwirkungen, Ausrichtung, Diffusion, Netzwerkbildung und -montage", sagt Söderberg.

Söderberg sagt, dass die Studie den Weg für die Entwicklung von Nanofasermaterial eröffnet, das für größere Strukturen verwendet werden kann, während die Zugfestigkeit der Nanofasern und die Fähigkeit, mechanischen Belastungen standzuhalten, erhalten bleibt. Das Verfahren kann auch dazu verwendet werden, die Anordnung von Kohlenstoffröhren und anderen nanoskaligen Fasern im Nanobereich zu steuern.

Messungen des Materials wurden für Zugfestigkeit, 86 Gigapascal (GPa) und für Zugfestigkeit, 1, 57 GPa berichtet.

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