Биокомпозит сочетает в себе твердость алюминия и прочность кости

Самая сильная часть дерева заключена не в его стволе или его раскидистых корнях, а в стенках его микроскопических клеток.

Когда речь заходит о материалах на основе растений, многие люди представляют себе что-то "экологичное", но не очень прочное. Однако это не так в случае с новым композитом, разработанным в Массачусетском технологическом институте, который, как утверждается, по твердости не уступает алюминию и прочен как кость.

Композит на основе целлюлозы

Основным ингредиентом материала являются так называемые нанокристаллы целлюлозы (CNC). Их получают путем кислотного гидролиза из целлюлозных волокон, из которых состоят клеточные стенки деревьев.

Подписывайтесь на наш youtube канал!

На наномасштабном уровне CNC жестче и прочнее кевлара. Поэтому раньше надеялись, что если их добавить в существующие полимеры, то они смогут сделать эти полимеры более прочными. Однако, к сожалению, при добавлении в полимер CNC имели тенденцию к комкованию, к тому же они образовывали лишь слабые связи с молекулами полимера.

Пытаясь решить эти проблемы, профессор А. Джон Харт и его коллеги начали со смешивания коммерчески доступного порошка CNC с синтетическим жидким полимером в соотношении, которое было оптимизировано для получения геля. Затем ультразвуковой зонд использовался для разрушения любых комков CNC, образовавшихся в этом геле. Это позволило отдельным нанокристаллам рассеяться по всему гелю, чтобы они могли образовать прочные связи с молекулами полимера.

Затем часть геля была выдавлена через сопло 3D-принтера, а часть залита в форму. В обоих случаях после высыхания и усадки геля получался твердый материал, состоящий на 60-90% из CNC.

Кроме того, было обнаружено, что композит имеет микроструктуру, напоминающую кирпич и раствор, подобную той, которая придает прочность перламутровой оболочке раковин некоторых моллюсков. Было показано, что эта структура препятствует распространению трещин по материалу.

Испытания, проведенные на кусочках пленки размером с пенни, сделанных из композита, показали, что он "прочнее и жестче, чем некоторые виды костей, и тверже, чем типичные алюминиевые сплавы". Исследователи также изготовили из материала модель человеческого зуба в натуральную величину, чтобы продемонстрировать, как его можно будет использовать для производства зубных имплантатов.

Пока же ученые пытаются минимизировать степень усадки композита при высыхании. Тогда он будет пригоден для создания более крупных объектов, в отличие от небольших образцов, созданных до сих пор.

"Создавая композиты с CNC при высокой нагрузке, мы можем придать материалам на основе полимеров механические свойства, которых у них раньше не было", - говорит Харт. "Если мы сможем заменить некоторые виды пластика на основе нефти целлюлозой природного происхождения, это, возможно, будет лучше и для планеты". опубликовано econet.ru по материалам newatlas.com

Лучшие публикации в Telegram-канале Econet.ru. Подписывайтесь!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet