Материалы из частиц: прорыв в производстве
Крошечные фибриллы, извлеченные из растений, привлекают внимание своей прочностью. Эти наноматериалы демонстрируют большой потенциал, превосходя пластики и даже заменяя их. Команда под руководством Университета Аалто показала ещё одно замечательное свойство наноцеллюлоз: их сильные связующие свойства для создания новых материалов с любыми частицами.
Способность нанофибрилл обеспечивать когезию (сцепление) — от наночастиц до масштабов строительства — является их неотъемлемым свойством. Они действуют как «строительный раствор» для практически бесконечного типа частиц. Эта способность объединять частицы в связные материалы лежит в основе исследования, связывающего десятилетия работы в нанонауке с производством.
Универсальность когезии, обеспечиваемой наноцеллюлозами
В статье, опубликованной в Science Advances, авторы демонстрируют, как наноцеллюлоза может самоорганизовываться множеством способов, собираясь вокруг частиц и формируя высокопрочные материалы. Как отмечает ведущий автор, д-р Бруно Маттос: «Это означает, что наноцеллюлозы индуцируют высокую когезию в дисперсных материалах постоянным и контролируемым образом для всех типов частиц. Благодаря таким сильным связующим свойствам, такие материалы теперь можно создавать с предсказуемыми характеристиками и, следовательно, легко конструировать».
Использование наноцеллюлозы позволяет преодолеть зависимость от конкретных частиц. Универсальный потенциал наноцеллюлозы как связующего компонента проистекает из её способности формировать сети на наноуровне, которые адаптируются к заданным частицам.
- Наноцеллюлозы связывают микрометрические частицы, образуя листоподобные структуры, подобные папье-маше.
- Они также могут формировать крошечные «рыболовные сети», захватывая более мелкие наночастицы.
Материалы из частиц с использованием наноцеллюлозы можно формовать в любую форму с помощью простого и спонтанного процесса, требующего только воды. Исследование описывает, как эти нановолокна образуют сети, подчиняющиеся точным скейлинговым законам, что облегчает их внедрение.
Это развитие особенно актуально в эпоху нанотехнологий, где комбинирование наночастиц в более крупные структуры необходимо. Как указывает д-р Блез Тарди: «Новые пределы свойств и новые функциональные возможности регулярно демонстрируются в наномасштабе, но их внедрение в реальном мире встречается редко. Раскрытие физики, связанной с масштабированием когезии нановолокон, — это очень захватывающий первый шаг к соединению лабораторных открытий с современными производственными практиками».
Нановолокна из растений как универсальные связующие
Команда показала путь к достижению масштабируемости в производстве материалов — от частиц диаметром всего 20 нм до тех, которые в 20 000 раз больше. Объединять можно как инертные частицы (например, металлические наночастицы), так и живые организмы (например, пекарские дрожжи). Частицы могут быть разной формы (от 1D до 3D), гидрофильными или гидрофобными, включать живые микроорганизмы, функциональные металлические частицы или пыльцу, достигая новых комбинаций и функциональностей.
По словам руководителя группы, проф. Орландо Рохаса: «Это мощный и универсальный метод, новая альтернатива, которая связывает коллоидную науку, разработку материалов и производство».
Исследование «Nanofibrillar networks enable universal assembly of superstructured particle constructs» опубликовано в Science Advances.