Команда Массачусетского технологического института создала композит. Он состоит из нанокристаллов целлюлозы (CNC), смешанных с небольшим количеством синтетического полимера. Из кристаллов состоит от 60 до 90% материала — это самая высокая доля CNC, которую удалось достичь в композите на сегодняшний день.
Авторы отмечают, что композит на основе целлюлозы прочнее и жестче, чем некоторые типы костей, а также тверже, чем алюминиевые сплавы. У материала обычная микроструктура, напоминающаю перламутр, или твердую внутреннюю оболочку некоторых моллюсков.
Команда использовала рецепт композита на основе CNC, который можно создать с использованием 3D-печати и обычного литья. Они напечатали и отлили композит в кусочки пленки размером с небольшую монетку, чтобы проверить прочность. Также авторы сделали из композита зуб, чтобы подтвердить, что материал можно использовать для изготовления зубных имплантатов. Исследователи заключили, что из композита можно создать любые пластиковые изделия.
Ежегодно из коры, древесины или листьев растений синтезируется более 10 млрд т целлюлозы. Большую часть целлюлозы используют для производства бумаги и текстиля.
В последние годы исследователи изучали, как использовать CNC: их можно извлечь из целлюлозных волокон с помощью кислотного гидролиза. Самые прочные кристаллы можно использовать для укрепления материалов на основе полимеров.
Авторы хотели разработать композит с высокой долей CNC. Сначала они смешали раствор синтетического полимера с порошком CNC. Команда определила соотношение: получилась консистенция, которую можно использовать в 3D-принтере или с формой для литья. Ученые использовали ультразвуковой зонд, чтобы разбить все скопления целлюлозы в геле и повысить прочность связей с молекулами полимера.
Под микроскопом зерна целлюлозы образовали узор, похожий на архитектуру перламутра.
Читать далее
Наука будущего: какие разработки молодых ученых были отмечены в Москве в 2021 году
Ученые придумали, как отправить корабль на Марс за 45 дней с помощью лазера
Астрономы сфотографировали черную дыру в центре спиральной галактики