Onderzoekers van het Instituut voor Wetenschappelijk en Industrieel Onderzoek van de Universiteit van Osaka hebben een nieuwe fabricagemethode in vloeibare fase geïntroduceerd voor het produceren van nanocellulosefilms met meerdere uitlijningsassen. Met behulp van 3D-printmethoden voor meer controle, dit werk kan leiden tot goedkopere en milieuvriendelijkere optische en thermische apparaten.

Sinds zijn verschijning in de originele "Star Trek" tv-show in de jaren 60, het spel van driedimensionaal schaken is gebruikt als een metafoor voor verfijnd denken. Nutsvoorzieningen, onderzoekers van de universiteit van Osaka hebben een eigen versie ontwikkeld met mogelijke toepassingen in geavanceerde optica en goedkope smartphoneschermen.

Veel bestaande optische apparaten, inclusief liquid-crystal displays (LCD's) die worden aangetroffen in oudere flatscreen-tv's, vertrouwen op lange naaldvormige moleculen die in dezelfde richting zijn uitgelijnd. Echter, het is veel moeilijker om vezels in meerdere richtingen op hetzelfde apparaat uit te lijnen. Het hebben van een methode die betrouwbaar en goedkoop optische vezels kan produceren, zou de fabricage van goedkope beeldschermen of zelfs 'papieren elektronica' versnellen - computers die op verzoek van biologisch afbreekbare materialen kunnen worden geprint.

Cellulose, het hoofdbestanddeel van katoen en hout, is een overvloedige hernieuwbare hulpbron gemaakt van lange moleculen. Nanocelluloses zijn nanovezels gemaakt van uniaxiaal uitgelijnde moleculaire ketens van cellulose die verschillende optische en warmtegeleidingseigenschappen hebben in de ene richting in vergelijking met de andere.

In nieuw gepubliceerd onderzoek van het Instituut voor Wetenschappelijk en Industrieel Onderzoek van de Universiteit van Osaka, nanocellulose werd geoogst uit zee-ananas, een soort zeeschede. De onderzoekers gebruikten vervolgens vloeistoffase 3D-pattering, die het nat spinnen van nanovezels combineerde met de precisie van 3D-printen. Een op maat gemaakte triaxiale robot doseerde een waterige suspensie van nanocellulose in een acetoncoagulatiebad.

"We hebben deze driedimensionale patroontechniek in de vloeibare fase ontwikkeld om uitlijning van nanocellulose langs elke gewenste as mogelijk te maken, ", zegt eerste auteur Kojiro Uetani. De richting van de patronen kon zo worden geprogrammeerd dat het een afwisselend dambordpatroon vormde van verticaal en horizontaal uitgelijnde vezels.

Om de methode te demonstreren, een film werd ingeklemd tussen twee orthogonale polariserende films. Onder de juiste kijkomstandigheden, een dubbelbrekend dambordpatroon verscheen. Ze maten ook de thermische overdracht en optische vertragingseigenschappen.

"Onze bevindingen kunnen helpen bij de ontwikkeling van optische materialen en papierelektronica van de volgende generatie, " zegt senior auteur Masaya Nogi. "Dit zou het begin kunnen zijn van bottom-up technieken voor het bouwen van geavanceerde en energie-efficiënte optische en thermische materialen."