Het afgelopen decennium is er een toename geweest van wetenschappelijke publicaties en patenten op cellulose, het meest voorkomende natuurlijke polymeer. Door deze documenten te bekijken, een onderzoeker van de afdeling Graphic Design and Engineering Projects van de UPV/EHU heeft het ontwikkelingsniveau onderzocht van nanohybride materialen gemaakt van cellulose-nanokristallen in combinatie met organische en anorganische deeltjes. De beoordeling richt zich op productiemethoden, soorten nanohybriden gecreëerd, en hun toepassingen.

Erlantz Lizundia-Fernandez, die doceert aan de afdeling Graphic Design and Engineering Projects van de UPV/EHU, werkt met hernieuwbare polymeren. "We proberen de circulaire economie vooruit te helpen, dus we gebruiken hernieuwbare materialen om de toepassingen te vervangen die momenteel uit aardolie komen, of, bijvoorbeeld, zodat ze kunnen worden gebruikt om schaarse elementen zoals lithium of kobalt te vervangen. Mijn onderzoek richt zich op cellulose, en van alle soorten cellulose, Ik heb voornamelijk met nanokristallen gewerkt, " hij zei.

Als deskundige op dit gebied, Lizundia heeft samen met nog drie andere onderzoekers uit Italië en Canada de belangrijkste ontwikkelingen en vorderingen bekeken die recentelijk zijn ontstaan ​​op het gebied van nanokristallen van cellulose. "Er is een enorm aantal onderzoekspapers waarin de synthese van dit soort materialen wordt uitgelegd en die zijn gericht op wat bekend staat als proof of concept, met andere woorden, om aan te tonen dat ze voor een specifieke toepassing kunnen worden gebruikt. Cellulose nanokristallen zijn op grote schaal gebruikt om polymeren mechanisch te versterken. Toch zijn er nauwelijks werkstukken die de toepassingen van hybride materialen, geproduceerd met behulp van cellulose-nanokristallen, catalogiseren en verklaren. Dit is wat we hebben bijgedragen:we hebben de stand van zaken op dit kennisgebied beschreven door een diepgaande beoordeling uit te voeren van de artikelen die in dit verband zijn gepubliceerd, ", legt de onderzoeker uit.

Cellulosekristallen kunnen worden gewonnen uit elk object dat cellulose bevat, of het nu een boom of een krant is, en deze kristallen worden gebruikt als basis, als een matrix, om multifunctionele materialen te produceren door ze te hybridiseren met andere componenten, zoals metaaloxide nanodeeltjes, koolstof nanodeeltjes of andere van natuurlijke oorsprong. De gecreëerde materialen hebben tal van interessante eigenschappen:ze zijn hernieuwbaar en biologisch afbreekbaar, ze kunnen eenvoudig en voordelig worden verkregen, ze bieden een grote flexibiliteit, hebben een lage dichtheid en een hoge porositeit, en hebben uitstekende mechanische, thermische en fysisch-chemische eigenschappen, onder andere. In de analyse hebben ze drie aspecten van hybride materialen diepgaand onderzocht:het fabricageproces waardoor ze worden gevormd, de soorten hybride materialen die worden geproduceerd, en de toepassingen waarvoor ze worden gebruikt.

Een hele reeks toepassingen in techniek en geneeskunde

Lizundia en de andere onderzoekers bespraken de productiemethoden die werden gebruikt om hybride materialen te vormen met een reeks van morfologieën en vormen. "De meest gebruikte methode is de eenvoudigste van allemaal, "Ze zeiden in het artikel:nanokristallen van cellulose en de andere elementen die bestemd zijn om het hybride materiaal te vormen, worden gemengd in een oplossing; deze oplossing wordt op een oppervlak gedecanteerd en het water laat verdampen." Door deze techniek produceren de cellulose nanokristallen helixvormige structuren, chirale nematische structuren. "Het bijzondere van deze structuren is dat ze het materiaal structurele kleur geven. De nanokristallen zijn georganiseerd in lagen en, afhankelijk van de afstand tussen de lagen, het hybride materiaal reflecteert licht in een of andere golflengte, wat hetzelfde is als zeggen dat het in een of andere kleur zal zijn, ’ voegde Lizundi toe.

Afgezien van de bovengenoemde productiemethode, de studie nam ook filtering, 3d printen, laag-voor-laag montage en het sol-gel proces in acht genomen. In alle gevallen wordt de mate van ontwikkeling van de methode beschreven en worden de kenmerken van de materialen die ermee worden geproduceerd, geciteerd. Echter, daarna wordt een heel hoofdstuk gewijd aan de kenmerken van de nanohybriden die in de verschillende geanalyseerde onderzoeken zijn gevormd; dit wordt gevolgd door een classificatie in termen van de elementen die aan de nanokristallen worden toegevoegd:metalen, metaaloxiden, koolstof nanovezels en nanodeeltjes, grafeen lagen, lichtgevende nanodeeltjes, enz. Tot slot, de voorgestelde toepassingen voor hybride materialen worden onderzocht, voornamelijk gericht op het gebied van techniek en geneeskunde. Sensoren, katalysatoren, afvalwaterbehandelingsmaterialen en energietoepassingen die zijn ontwikkeld door middel van nanokristallen van cellulose vallen op tussen technische toepassingen. En onder degenen die gericht zijn op medische toepassingen, citeren ze bijdragen van materialen aan gebieden, zoals weefselengineering, medicijnafgifte, antibacteriële oplossingen of wondverband.

In elk van de genoemde onderdelen bekijken ze wat er is bereikt in de verschillende onderdelen van het onderzoek, maar als experts in het onderwerp geven ze ook hun eigen oordeel over het potentieel van de materialen en wat er nog moet worden ontwikkeld. Lizundia kwam tot de volgende conclusie:"Dit werk heeft gediend om al het onderzoek verspreid over verschillende locaties samen te brengen, en we bieden een compleet beeld van het ontwikkelingsniveau van hybride materialen. Op die manier hopen we dat de belangstelling voor hen zal toenemen en dat onderzoek op dit gebied zal worden aangemoedigd om de hiaten die we hebben gevonden op te vullen, zoals een nanotoxiciteitsstudie in medische toepassingen of het vaststellen van de milieu-impact van deze materialen."