Het moderne leven is sterk afhankelijk van plastic, hoewel hun op aardolie gebaseerde productie ernstige milieu-uitdagingen met zich meebrengt. De industrie heeft momenteel geen duurzame alternatieven vanwege hun beperkte mechanische eigenschappen of complexe productieprocessen. Een geavanceerde strategie voor het ontwerpen en produceren van hoogwaardige duurzame constructiematerialen is daarom hard nodig.

Zo'n nieuw bio-geïnspireerd materiaal is nu beschikbaar om op aardolie gebaseerde kunststoffen te vervangen. Een team onder leiding van Prof. Shu-Hong Yu van de Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China (USTC) rapporteert een methode om materialen te vervaardigen met een vergelijkbare structuur als paarlemoer uit van hout afgeleide vezels en mica, met aanpassing aan massaproductie, goede verwerkbaarheid, en afstembare kleuring.

Natuurlijk parelmoer heeft een hiërarchisch geordende structuur op multischaalniveaus, net als bakstenen en mortel, waardoor het zowel sterk als taai is. Geïnspireerd door parelmoer, de onderzoekers bootsen de geordende bakstenen-en-mortelstructuur na met behulp van de TiO ₂ gecoate mica microbloedplaatjes (TiO ₂ -mica) en cellulose-nanovezel (CNF) door de voorgestelde assemblagemethode voor directionele vervorming.

Deze methode drukt direct op de hydrogel van TiO ₂ -mica en CNF, terwijl de grootte in de richtingen in het vlak ongewijzigd blijft. De dikte van de hydrogel is drastisch verminderd en materialen worden direct geconstrueerd met de sterk geordende bakstenen-en-mortelstructuur.

Op nanoschaal is de TiO ₂ nanokorrels op het oppervlak van TiO ₂ -mica leidt tot efficiënte energiedissipatie door wrijvingsverschuiving tijdens TiO ₂ -mica uittrekbaar. Alle hiërarchisch geordende structuren op multischaalniveaus dragen bij aan de herverdeling van de belasting en verbetering van de taaiheid.

De verkregen materialen hebben een uitstekende sterkte (~ 281 MPa) en taaiheid (~ 11,5 MPa m1/2), die meer dan 2 keer hoger zijn dan die van hoogwaardige technische kunststoffen (bijv. polyamiden, aromatisch polycarbonaat), waardoor het een sterke concurrent is van op aardolie gebaseerde kunststoffen.

Nog beter, deze materialen passen zich aan temperaturen van -130 °C tot 250 °C aan, terwijl normale kunststoffen gemakkelijk zacht worden bij hoge temperatuur. Daarom, dergelijke materialen zijn veiliger en betrouwbaarder bij hoge of variabele temperaturen.