Целлюлоза для изготовления современных материалов

В последнее десятилетие увеличилось число научных публикаций и патентов в отношении целлюлозы, наиболее распространенного природного полимера.

Рассматривая эти работы, исследователь кафедры графического дизайна и инженерных проектов Университета UPV/EHU исследовал уровень развития наногибридных материалов, изготовленных из нанокристаллов целлюлозы в сочетании с органическими и неорганическими частицами. Основное внимание в исследовании уделено методам производства, типам создаваемых наногибридов и их применению.

Развитие наногибридных материалов

Эрланц Лизундия-Фернандес, читающий лекции на кафедре графического дизайна и инженерных проектов UPV/EHU, работает с возобновляемыми полимерами. "Мы стремимся двигаться вперед к круговой экономике, поэтому мы используем возобновляемые материалы для замены материалов, которые в настоящее время производятся из нефти, или, например, чтобы они могли быть использованы для замены дефицитных элементов, таких как литий или кобальт. Мои исследования сосредоточены на целлюлозе, и из всех видов целлюлозы я работал в основном с нанокристаллами", - сказал он.

Подписывайтесь на наш youtube канал!

Являясь экспертом в этой области, Лизундия вместе с тремя другими исследователями из Италии и Канады проанализировал основные разработки и достижения, которые появились в последнее время в области нанокристаллов целлюлозы. "Существует огромное количество научных работ, объясняющих синтез материалов такого типа и направленных на то, что называется доказательством концепции, другими словами, на то, чтобы показать, что они могут быть использованы для конкретного применения. Нанокристаллы целлюлозы широко используются для механического упрочнения полимеров. Тем не менее, вряд ли найдется какая-либо работа, которая каталогизировала бы и объясняла бы применение гибридных материалов, полученных с использованием нанокристаллов целлюлозы. В этом мы и внесли свой вклад: мы описали современное состояние в этой области знаний, проведя углубленный обзор опубликованных в этой связи работ", - пояснил исследователь.

Кристаллы целлюлозы можно извлечь из любого объекта, содержащего целлюлозу, будь то дерево или газета, и эти кристаллы используются в качестве основы, подобно матрице, для получения многофункциональных материалов путем их гибридизации с другими компонентами, такими как наночастицы оксида металла, наночастицы углерода и другими веществами природного происхождения. Созданные материалы обладают множеством интересных свойств: они возобновляемы и поддаются биологическому разложению, их можно получить просто и недорого, они обладают большой гибкостью, низкой плотностью и высокой пористостью, а также отличными механическими, термическими и физико-химическими свойствами, в том числе. В ходе анализа они глубоко изучили три аспекта гибридных материалов: процесс производства, с помощью которого они формируются, типы производимых гибридных материалов и области применения, для которых они используются.

Лизундия и другие исследователи рассмотрели методы производства, используемые для формирования гибридных материалов с различными морфологиями и формами. "Наиболее широко используемый метод - самый простой из всех", - говорится в статье: нанокристаллы целлюлозы и другие элементы, предназначенные для формирования гибридного материала, смешиваются в растворе; этот раствор распыляется на поверхность, после чего вода может испариться". 

Благодаря этой технике нанокристаллы целлюлозы образуют спиралевидные структуры, спиралевидные нематодные структуры. "Особенность этих структур в том, что они придают материалу структурный цвет". Нанокристаллы организованы в слои и, в зависимости от расстояния между слоями, гибридный материал будет отражать свет в той или иной длине волны, то есть будет иметь тот же цвет", - добавил Лизундия.

Кроме вышеупомянутого способа производства, в исследовании также были учтены фильтрация, 3-D печать, послойная сборка и соль-гелевый процесс. Во всех случаях описывается степень развития метода и указываются особенности производимых им материалов. Однако затем целая глава посвящена особенностям наногибридов, образовавшихся в различных анализируемых исследованиях, с последующей классификацией по элементам, добавляемым в нанокристаллы: металлы, оксиды металлов, углеродные нановолокна и наночастицы, графеновые слои, люминесцентные наночастицы и др. Наконец, рассматриваются заявки, предлагаемые для использования в гибридных материалах, с уделением особого внимания областям инженерии и медицины. Среди инженерных приложений выделяются датчики, каталитические преобразователи, материалы для очистки сточных вод и энергетические приложения, разработанные с использованием нанокристаллов целлюлозы. В качестве вклада материалов в такие области, как тканевая инженерия, доставка лекарственных средств, антибактериальные растворы или перевязочные материалы, они также называют материалы, используемые в медицине.

В каждой из упомянутых частей они рассматривают то, что было достигнуто в различных областях исследований, но как эксперты в этой области они также дают свою собственную оценку потенциала материалов и того, что еще предстоит разработать. Лизундия пришел  следующему выводу: "Эта работа позволила объединить все исследования, проведенные в разных местах, и мы предлагаем полную картину уровня развития гибридных материалов". Таким образом, мы надеемся, что интерес к ним возрастет, и что исследования в этой области будут стимулировать заполнение найденных нами пробелов, таких как исследование нанотоксичности в медицинских применениях или определение воздействия этих материалов на окружающую среду". опубликовано econet.ru по материалам phys.org

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

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