Написано AZoNano 1 августа 2019 [194590000] ]

Возобновляемые, экологичные и устойчивые характеристики высокоэффективных нанокомпозитов на основе биомассы помогли им стать потенциальными материалами для будущих структурных и функциональных применений.

Биоисточники наноцеллюлозы (тип нановолокон), полученные из растений и бактериальной ферментации, являются наиболее обильным сырьем на земле.

В последнее время они привлекли большое внимание благодаря своим привлекательным присущим преимуществам, включая низкую плотность, биоразлагаемость, глобальную доступность из возобновляемых ресурсов, термическую стабильность, а также замечательные механические свойства. Эти особенности делают их очень подходящими строительными блоками для прядения сложного макроволокна следующего поколения для практического применения.

В течение последних 10 лет использовались различные подходы для получения макроволокон на основе целлюлозы с лучшей жесткостью и прочностью. Однако почти все они достигаются за счет прочности и удлинения, поскольку ударная вязкость и прочность всегда являются взаимоисключающими для искусственных конструкционных материалов. Таким образом, это затруднительное положение довольно обычно для макроволокон на основе целлюлозы, о которых сообщалось ранее, что значительно ограничивало их практическое применение.

Недавно в новой статье, опубликованной в National Science Review исследовательская группа по бионике, возглавляемая профессором Ю. У. Шухонгом из Университета науки и технологий Китая (USTC), вдохновилась на решение этой проблемы. из биологических структур.

Они обнаружили, что распространенные биосинтезированные волокна, например, некоторые растительные волокна, шерсть животных и шелк паука, имеют некоторые общие характеристики. Они прочные и прочные, и обладают иерархическими спиральными структурами в разных масштабах длины с прочными и прочными волокнистыми строительными блоками наноразмерного размера, внедренными в мягкие и рассеивающие энергию матрицы.

Черпая вдохновение из этих структурных особенностей в биосинтезированных волокнах, исследовательская группа предложила стратегию проектирования для производства макроволокон на основе наноцеллюлозы с сопоставимыми структурными характеристиками. Они использовали альгинат натрия в качестве мягкой матрицы и нановолокна бактериальной целлюлозы в качестве жестких и прочных строительных блоков.

Интегрировав упрощенный процесс мокрого прядения с последующей процедурой многократного мокрого скручивания, они добились успеха в получении биомиметических иерархических спиральных нанокомпозитных макроволокон и достигли заметного увеличения их удлинения, прочности на разрыв и ударной вязкости в то же время, что и предполагалось.

Это достижение подтверждает обоснованность их биоинспирированной конструкции и предлагает перспективный путь для дальнейшей разработки нескольких других жестких и прочных материалов из нанокомпозитных волокон для различных областей применения.

Источник: http://www.scichina.com/