Plastic geeft ons een lichtgewicht, sterk en goedkoop materiaal om te gebruiken, maar het heeft ook de plastic apocalyps veroorzaakt. Veel van het niet-gerecycleerde plastic afval komt in de oceaan terecht, De laatste gootsteen van de aarde. Door golven afgebroken, zonlicht en zeedieren, een enkele plastic zak kan 1,75 miljoen microplastic fragmenten worden. Die microplastics kunnen uiteindelijk in ons lichaam terechtkomen via de vis die we eten of het water dat we drinken.

Tijdens de langetermijnevolutie van de meeste planten op aarde, op cellulose gebaseerde materialen zijn ontwikkeld als hun eigen structurele ondersteunende materialen. Cellulose in planten bestaat voornamelijk in de vorm van cellulose nanovezels (CNF), die uitstekende mechanische en thermische eigenschappen hebben. CNF, die kunnen worden afgeleid van planten of worden geproduceerd door bacteriën, is een van de meest voorkomende volledig groene hulpbronnen op aarde. CNF is een ideale bouwsteen op nanoschaal voor het construeren van macroscopische hoogwaardige materialen, omdat het een hogere sterkte (2 GPa) en modulus (138 GPa) heeft dan Kevlar en staal en een lagere thermische uitzettingscoëfficiënt (0,1 ppm K ^-1 ) dan silicaglas. Op basis van deze biobased en biologisch afbreekbare bouwsteen, de constructie van duurzame en hoogwaardige structurele materialen zal de vervanging van plastic enorm bevorderen en ons helpen de plastic apocalyps te vermijden.

Vandaag de dag, een team onder leiding van Prof. Shu-Hong Yu van de Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China (USTC) rapporteert een hoogwaardig duurzaam structureel materiaal genaamd cellulose nanovezelplaat (CNFP) (Fig. 1a en c) dat is gemaakt van bio- gebaseerde CNF (Fig. 1b) en klaar om plastic op veel gebieden te vervangen. CNFP heeft een hoge specifieke sterkte (~198 MPa/(Mg m ^-3 )) - vier keer hoger dan dat van staal en hoger dan dat van traditionele plastic en aluminiumlegeringen. In aanvulling, CNFP heeft een hogere specifieke slagvastheid (~67 kJ m ^-2 /(Mg m ^-3 )) dan aluminiumlegering en slechts de helft van zijn dichtheid (1,35 g cm ^-3 ).

In tegenstelling tot plastic of andere op polymeren gebaseerde materialen, CNFP vertoont uitstekende weerstand tegen extreme temperaturen en thermische schokken. De thermische uitzettingscoëfficiënt van CNFP is lager dan 5 ppm K-1 van -120 °C tot 150 °C, die dicht bij keramische materialen ligt, veel lager dan typische polymeren en metalen. Bovendien, na 10 keer van snelle thermische schok tussen een oven van 120 °C en de -196 °C van vloeibare stikstof, CNFP behoudt zijn kracht. Deze resultaten tonen zijn uitstekende thermische dimensionale stabiliteit, waardoor CNFP een groot potentieel heeft voor gebruik als structureel materiaal onder extreme temperaturen en afwisselende koeling en verwarming. Dankzij het brede scala aan grondstoffen en het bio-geassisteerde syntheseproces, CNFP is een goedkoop materiaal - slechts $ 0,5/kg, die lager is dan de meeste plastic. Met een lage dichtheid, uitstekende sterkte en taaiheid, en grote thermische maatvastheid, al die eigenschappen van CNFP overtreffen die van traditionele metalen, keramiek en polymeren (Fig. 1d en e), waardoor het een hoogwaardig en milieuvriendelijk alternatief is voor engineering, vooral voor ruimtevaarttoepassingen.

CNFP heeft niet alleen de kracht om plastic te vervangen en voorkomt dat we erin verdrinken, maar heeft ook een groot potentieel als de volgende generatie van duurzaam en lichtgewicht constructiemateriaal.

Het onderzoek wordt gerapporteerd in wetenschappelijke vooruitgang .