Naukowcy z Massachusetts Institute of Technology stworzyli niezwykle wytrzymały kompozyt, posługując się składnikami prosto z przyrody. Może on zastąpić w wielu zastosowaniach tradycyjne plastiki, a nawet metale.

Każda komórka roślinna ma ścianki zbudowane z włókien celulozy - najobfitszego polimeru występującego w przyrodzie. Włókna te zawierają z kolei wzmacniające je nanokryształy celulozy znane jako CNC. Są one długimi łańcuchami polimerów ułożonymi w niemal idealne krystaliczne matryce. Kryształ CNC jest mocniejszy niż Kevlar - w nanoskali. Gdyby udało się stworzyć materiał zawierający bardzo dużo CNC, powstałyby mocniejsze, przyjaźniejsze środowisku tworzywa sztuczne.

Najnowsze badania zespołu inżynierów z MIT pozwoliły stworzyć kompozyt, który składa się głównie z tych kryształków powiązanych niewielką ilością syntetycznych polimerów. Organiczne kryształy stanowią około 60-80% materiału. To jak dotąd najbogatszy w CNC kompozyt stworzony przez człowieka.

Zespół badaczy zaczął od zmieszania roztworu syntetycznego polimeru z dostępnym na rynku proszkiem zawierającym CNC. Określił proporcje CNC i polimeru, które przekształciłyby roztwór w żel. Następnie naukowcy wykorzystali sondę ultradźwiękową do rozbicia wszelkich grudek celulozy w żelu, zwiększając prawdopodobieństwo, że rozproszona celuloza utworzy silne wiązania z cząsteczkami polimeru. Po wydrukowaniu i odlaniu próbek materiał wysechł i skurczył się, pozostawiając solidny kompozyt składający się głównie z nanokryształów celulozy.

Materiał ma mikrostrukturę przypominającą cegły połączone zaprawą i jest bardzo podobny do masy perłowej, czyli twardej wewnętrznej wyściółki muszli niektórych mięczaków. Nadaje się do druku 3D i konwencjonalnego odlewania. Wykorzystując obie z tych metod, naukowcy stworzyli serię próbek wielkości pięciogroszówki. Wydrukowali też sztuczny ząb - ich zdaniem materiał może wkrótce posłużyć do produkcji implantów dentystycznych na bazie celulozy. Testy wykazały, że produkty z nowego materiału są mocniejsze, twardsze i trwalsze niż konwencjonalny plastik produkowany na bazie ropy.

- Możemy nadać materiałom polimerowym właściwości mechaniczne, których nigdy wcześniej nie miały. Jeśli możemy zastąpić niektóre tworzywa sztuczne na bazie ropy naftowej naturalnie pozyskiwaną celulozą, będzie to z korzyścią dla planety - powiedział prof. A. John Hart, wykładowca inżynierii mechanicznej na MIT.

fot. pexels.com
oprac. /kp/