Nanocristalli di cellulosa: forti come l'acciaio per rinforzare le costruzioni
Nanocristalli di cellulosa: forti come l'acciaio per rinforzare le costruzioni
Una ricerca del Purdue University che può rivoluzionare il mondo delle costruzioni. E' stato scoperto che i cristalli cellulosa, quelli che danno agli alberi e alle piante la loro elevata resistenza, o meglio leggerezza e resistenza, possono avere la rigidità dell'acciaio.
I nanocristalli potrebbero essere utilizzati per creare una nuova classe di biomateriali con le applicazioni di ampio respiro, come i materiali da rinforzo da costruzione e i componenti automotive.
Pablo D. Zavattieri ha evidenziato come i calcoli effettuati utilizzando i modelli precisi e basati sulla struttura atomica della cellulosa mostrano che i cristalli hanno una rigidità di 206 gigapascals, che è paragonabile all'acciaio. "Questo è un materiale che sta mostrando proprietà veramente sorprendenti ", ha detto "e in più è abbondante, rinnovabile e prodotto come rifiuti nell'industria della carta."
I risultati sono dettagliati in un documento di ricerca sulla copertina del numero di dicembre della rivista "Cellulose".
"E 'molto difficile misurare le proprietà di questi cristalli sperimentalmente perché sono davvero minuscoli" ha aggiunto Zavattieri "Per la prima volta abbiamo previsto le loro proprietà utilizzando la meccanica quantistica." I nanocristalli sono larghi circa 3 nanometri e lunghi 500 nanometri, dimensioni che li rende troppo piccoli per studiare con microscopi ottici e difficile da misurare con strumenti di laboratorio.
Il documento è stato scritto da uno studente di dottorato Fernando L. Dri, Louis Hector G. Jr. , un ricercatore di Scienze Chimiche e dei Materiali Systems Laboratory presso la General Motors Research e Development Center, Robert J. Luna, un ricercatore del US Forest Service di forest Products Laboratory e Zavattieri .
I risultati rappresentano una pietra miliare nella comprensione del comportamento meccanico fondamentale dei nanocristalli di cellulosa. "E 'anche il primo passo verso un approccio di modellazione multiscala per comprendere e prevedere il comportamento dei singoli cristalli, l'interazione tra di loro e la loro interazione con altri materiali", ha detto Zavattieri, "è importante per la progettazione di nuovi materiali a base di cellulosa che altri gruppi di ricerca li stanno prendendo in considerazione per una grande varietà di applicazioni, che vanno dalla elettronica ai dispositivi medici per componenti strutturali per l'industria automobilistica, civili e aerospaziali."
I nanocristalli di cellulosa così possonor appresentare una potenziale alternativa verde a nanotubi di carbonio per il rinforzo di materiali come i polimeri e il calcestruzzo. Le domande di biomateriali a base di nanocristalli di cellulosa potrebbero comprendere sacchetti di plastica biodegradabili, prodotti tessili e medicazioni, batterie flessibili in carta elettricamente conduttiva, display trasparenti e flessibili per dispositivi elettronici; speciali filtri per la depurazione dell'acqua; nuovi tipi di sensori e memoria del computer.
La loro superficie può essere modificato chimicamente per ottenere differenti proprietà di superficie . "Per esempio si potrebbe voler modificare la superficie in modo che si legahifortemente con un polimero di rinforzo per fare un nuovo tipo di materiale composito duro" Moon ha detto.
La ricerca è stata finanziata dal Forest Products Laboratory attraverso il Dipartimento dell'Agricoltura degli Stati Uniti , della Purdue Research Foundation e la National Science Foundation.