Wetenschappers van de Universiteit van Manchester hebben grafeen gecombineerd met de natuurlijke vezel jute, om een ​​wereldprimeur te creëren voor met grafeen versterkte natuurlijke jutevezelcomposieten.

De doorbraak zou kunnen leiden tot de productie van hoogwaardige en milieuvriendelijke natuurlijke vezelcomposieten die hun synthetische tegenhangers in belangrijke productiegebieden zouden kunnen vervangen, zoals de auto-industrie, scheepsbouw, duurzame windturbinebladen en goedkope behuizing.

Het zou ook de landbouweconomieën van landen als Bangladesh, Indië, en China – waar het jutemateriaal voornamelijk wordt geproduceerd – beweren de onderzoekers van The University of Manchester.

De universiteit is de thuisbasis van het National Graphene Institute en het Graphene Engineering Innovation Centre, die een ongeëvenaarde kritische massa aan grafeenexpertise bieden. De twee faciliteiten tonen de positie van Manchester als een wereldwijd toonaangevende kennisbasis op het gebied van grafeenonderzoek en commercialisering.

Jute wordt gewonnen uit de bast van de witte juteplant (Corchorus capsularis) en is voor 100 procent biologisch afbreekbaar, recyclebare en milieuvriendelijke natuurlijke vezels. Het is ook de op één na meest geproduceerde natuurlijke vezel ter wereld – na katoen – en is minstens 50 procent goedkoper dan vlas en andere soortgelijke natuurlijke vezels.

Dit maakt het uitermate aantrekkelijk voor verschillende industriesectoren die op zoek zijn naar een goedkopere, milieuvriendelijker alternatief voor synthetische composieten. Dat is de reden waarom composieten van natuurlijke vezels veel belangstelling trekken vanwege het potentieel om de koolstofvoetafdruk te verminderen door synthetisch geproduceerde materialen te vervangen, zoals glasvezel, wat meer kost en schadelijk kan zijn voor de planeet.

Forkan Sarker, een Commonwealth Scholarship-ontvanger voor Bangladesh, heeft de experimenten en analyse van de gegevens voor deze studie uitgevoerd, en de publicatie waarin grafeen van cruciaal belang kan zijn, is online beschikbaar.

Professor Prasad Potluri, directeur onderzoek, North West Composites Center zei:"Forkan Sarker, sloot zich aan bij mijn groep om te werken aan een PhD-probleem dat relevant is voor de economie van zijn land.

"Dit is een voorbeeld van een oordeelkundige combinatie van laagwaardige, koolstofneutrale grondstofvezels met een extreem kleine volumefractie van hoogwaardig grafeen om een ​​materiaalsysteem te creëren dat energie-intensieve koolstof- en glasvezels zou kunnen vervangen in een aantal lichtgewicht structurele toepassingen."

Ondanks hun milieukwalificaties, natuurlijke vezelcomposieten lijden aan slechte mechanische en grensvlakeigenschappen, wat betekent dat ze niet sterk genoeg zijn voor sommige industriële toepassingen. Daarom hebben onderzoekers van het National Graphene Institute (NGI) van de Universiteit van Manchester en de Robotics and Textile Composites Group aan een samenwerkingsproject gewerkt en jutevezels gecoat met grafeenoxide en grafeenvlokken om de sterkte te verbeteren.

De resultaten waren buitengewoon positief en tonen aan dat de jutevezels met een grafeencoating een verbeterde grensvlakschuifsterkte hebben van ongeveer 200 procent, waarbij de buigsterkte met bijna 100 procent toenam in vergelijking met de onbehandelde vezels.

Dr. Nazmul Karim, Knowledge Exchange Fellow (Graphene) bij National Graphene Institute, zei:"We werken al enkele jaren aan grafeen en andere op 2D-materialen gebaseerde natuurlijke vezels in de groep van prof. Novoselov. Het is geweldig om die ervaring te vertalen in het ontwikkelen van hoogwaardige composieten van natuurlijke vezels".

dokter Karim, die ook het idee bedacht en de experimenten ontwierp om grafeen op jute te verwerken, toegevoegd:"Jute, ooit bekend als 'de gouden vezels van Bangladesh, ' verloor zijn glazuur in de jaren '80 nadat synthetische materialen als polyethyleen en plastic werden geïntroduceerd. Echter, met de groeiende bezorgdheid over het milieu met kunststoffen, het gebruik van natuurlijke vezels zoals jute zit weer in de lift.

"Bovendien, het gebruik van jute in auto-interieurs door wereldwijde autogiganten is snel gegroeid met een huidige vraag van 100, 000 ton per jaar. Ik geloof dat onze op grafeen gebaseerde jutevezels een zeer belangrijke rol kunnen spelen bij het voldoen aan de groeiende vraag naar milieuvriendelijkere producten voor verschillende industrieën."