Onderzoekers in Zweden hebben een biogebaseerd materiaal geproduceerd dat naar verluidt de sterkte van alle bekende biogebaseerde materialen overtreft, of het nu gefabriceerd of natuurlijk is, inclusief hout en spinrag.

Werken met cellulose nanovezel (CNF), de essentiële bouwsteen van hout en ander plantaardig leven, de onderzoekers melden dat ze de moeilijkheid hebben overwonnen om de ongelooflijke mechanische eigenschappen van deze nanovezels in grotere, lichtgewicht materialen voor gebruik in vliegtuigen, auto's, meubels en andere producten.

"De hier vervaardigde biogebaseerde nanocellulosevezels zijn 8 keer stijver en hebben een hogere sterkte dan natuurlijke dragline-spinzijdevezels, algemeen beschouwd als het sterkste biobased materiaal, " zegt corresponderend auteur Daniel Söderberg, onderzoeker bij KTH Royal Institute of Technology. "De specifieke sterkte is groter dan die van metalen, legeringen, keramiek en E-glasvezels."

Gepubliceerd in het tijdschrift van American Chemical Society ( ACS Nano ), de studie beschrijft een nieuwe methode die het vermogen van de natuur nabootst om cellulose-nanovezels in bijna perfecte macroschaalrangschikkingen te rangschikken.

De gerapporteerde voortgang is het resultaat van de ontwikkeling van inzichten in de manier waarop de natuurkunde de structurering van componenten controleert, zoals CNF, op nanoschaal tijdens fabricage.

Dit inzicht maakte een nieuw proces mogelijk, waarbij de stroom van nanovezels die in water zijn gesuspendeerd in een 1 mm breed kanaal dat in roestvrij staal is gefreesd, wordt gecontroleerd. Door stromen van gedeïoniseerd water en water met een lage pH met elkaar te verbinden, kunnen de nanovezels in de juiste richting worden uitgelijnd en kunnen de supramoleculaire interacties tussen CNF's zichzelf organiseren in een goed verpakte staat waar ze met elkaar worden verbonden.

"Deze ontdekking wordt mogelijk gemaakt door het begrijpen en beheersen van de belangrijkste fundamentele parameters die essentieel zijn voor perfecte nanostructurering, zoals deeltjesgrootte, interacties, uitlijning, verspreiding, netwerkvorming en montage, ', zegt Söderberg.

Söderberg zegt dat de studie de weg opent voor de ontwikkeling van nanovezelmateriaal dat kan worden gebruikt voor grotere structuren met behoud van de treksterkte en het vermogen van de nanovezels om mechanische belasting te weerstaan. Het proces kan ook worden gebruikt om de assemblage van koolstofbuizen en andere nanovezels op nanoschaal te regelen.

Metingen van het materiaal werden gerapporteerd voor trekstijfheid, 86 gigapascal (GPa), en voor treksterkte, 1,57 GPa.