Rozmontowali drzewo i stworzyli roślinną alternatywę dla plastiku. Naukowcy z MIT opracowali roślinny kompozyt, który może zastąpić tworzywa sztuczne. Testy pokazały, że materiał ten jest twardszy i bardziej wytrzymały niż niektóre kości i aluminium.
Co jest najmocniejszą częścią drzewa? Większość ludzi odpowiedź na to pytanie uznałaby za banalnie prostą: pień. Naukowcy z Massachusetts Institute of Technology przekonują jednak, że cała imponująca siła tych roślin tkwi w mikroskopijnych rozmiarów komórkach. A konkretnie w ich ścianach zbudowanych z włókien celulozy — najczęściej występującego w przyrodzie polimeru i głównego składnika strukturalnego wszystkich roślin i alg.
W każdym pojedynczym włóknie znajdują się wzmacniające nanokryształy celulozy (CNC). Są to łańcuchy polimerów organicznych ułożone w niemal idealne wzory kryształów. W nanoskali CNC są mocniejsze i sztywniejsze niż Kevlar, czyli odporne na działanie wysokiej temperatury syntetyczne włókno para-aramidowe, z którego wykonuje się m.in. kamizelki kuloodporne. Co to oznacza w praktyce? Naukowcy z MIT są przekonani, że stworzenie materiału zawierającego dużą ilość kryształów celulozy otworzyłoby drogę do bardziej zrównoważonych tworzyw sztucznych.
Twardszy niż typowe stopy aluminium
Zespół badaczy z MIT zaprojektował kompozyt wykonany głównie z nanokryształów celulozy zmieszanych z odrobiną syntetycznego polimeru. Kryształy organiczne zajmują około 60 do 90 proc. materiału — to największa jak dotąd frakcja CNC osiągnięta w kompozycie. Stworzony w ten sposób materiał okazał się twardszy i bardziej wytrzymały niż niektóre rodzaje kości i typowe stopy aluminium.
Przeczytaj także: Ekolodzy chcą traktatu ONZ w sprawie plastiku
Badacze przetestowali odporność materiału na pęknięcia, inicjując najpierw uszkodzenia w nano, a następnie w mikroskali. Odkryli, że w wielu skalach układ celulozy w kompozycie zapobiegał rozszczepianiu materiału przez pęknięcia. Ta odporność na odkształcenia plastyczne nadaje kompozytowi twardość i sztywność na granicy pomiędzy konwencjonalnymi tworzywami sztucznymi a metalami.
Rozmontowanie i zrekonstruowanie drzewa
Kompozyt można wytworzyć zarówno przy użyciu druku 3D, jak i konwencjonalnego odlewania. Naukowcy wykorzystali obie te metody i stworzyli serię niewielkich próbek oraz…ząb.
Tworząc kompozyty za pomocą CNC przy wysokim obciążeniu, 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 również lepsze dla planety – mówi A. John Hart, profesor inżynierii mechanicznej.
Jak powstał kompozyt? Naukowcy zaczęli od zmieszania roztworu syntetycznego polimeru z dostępnym na rynku proszkiem CNC. Określili proporcje CNC i polimeru, które przekształciłyby roztwór w żel o konsystencji możliwej do podania przez dyszę drukarki 3D lub wlania do formy w celu wykonania odlewu.
Zasadniczo zdemontowaliśmy drewno i zrekonstruowaliśmy je. Pobraliśmy najlepsze składniki drewna, czyli nanokryształy celulozy, i zrekonstruowaliśmy je, aby uzyskać nowy materiał kompozytowy – mówi Abhinav Rao, członek zespołu badawczego.
Obecnie naukowcy z MIT szukają sposobów na zminimalizowanie kurczenia się żeli podczas wysychania. Kurczenie nie jest problemem w przypadku drukowania małych przedmiotów, większe mogą się jednak wygiąć się lub pęknąć podczas wysychania kompozytu.
Ekobiznes.pl to specjalistyczny serwis informacyjny o ekologii w biznesie. Codziennie publikujemy najświeższe ekonewsy i autorskie wywiady z przedstawicielami świata nauki i biznesu. Znajdź nas na Linkedinie lub Facebooku, albo subskrybuj Newsletter i bądź na bieżąco z najciekawszymi ekoinformacjami.
