Ensamblan nanofibras de celulosa en un material más fuerte que la seda de araña

Foto: Imagen SEM de la sección transversal de la fibra, que muestra las nanofibrillas alineadas. Por KTH.

La madera es uno de los materiales más resistentes de la naturaleza, pero eso no significa que no se pueda mejorar aún más. Los investigadores “densificaron” recientemente el material para hacer lo que llaman ” super madera “, y el trabajo anterior del equipo de KTH hizo fibras de madera tan fuertes como el acero .

Los investigadores de KTH han producido un material de base biológica que, según los informes, supera la resistencia de todos los materiales biológicos conocidos, ya sean fabricados o naturales, incluida la madera y la seda de araña.

Trabajando con la nanofibra de celulosa (CNF), el componente esencial de la madera y otras plantas, los investigadores informan que han superado la dificultad de traducir las increíbles propiedades mecánicas de estas nanofibras en materiales más grandes y livianos para su uso en aviones, automóviles y muebles. y otros productos.

“Las fibras de nanocelulosa de base biológica fabricadas aquí son 8 veces más rígidas y tienen resistencias más altas que las fibras de seda de araña dragline natural, generalmente consideradas como el material biológico más fuerte”, dice el autor correspondiente Daniel Söderberg, investigador del Instituto Real de Tecnología KTH. “La resistencia específica es superior a la de metales, aleaciones, cerámicas y fibras de vidrio E”.

Publicado en la revista de la American Chemical Society (ACS Nano) , el estudio describe un nuevo método que imita la capacidad de la naturaleza para organizar las nanofibras de celulosa en arreglos de macroescala casi perfectas.

El progreso reportado es el resultado del desarrollo de ideas sobre la forma en que la física controla la estructuración de los componentes, como CNF, a nanoescala durante la fabricación.

Este entendimiento permitió un nuevo proceso, que implica controlar el flujo de nanofibras suspendidas en agua en un canal de 1 mm de ancho fresado en acero inoxidable. La conexión de flujos de agua desionizada y agua de bajo pH ayuda a alinear las nanofibras en la dirección correcta y permite que las interacciones supramoleculares entre CNF se autoorganicen en un estado bien compactado en el que se unen.

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“Este descubrimiento es posible gracias a la comprensión y el control de los parámetros fundamentales clave esenciales para la nanoestructuración perfecta, como el tamaño de las partículas, las interacciones, la alineación, la difusión, la formación de redes y el ensamblaje”, afirma Söderberg.

Söderberg dice que el estudio abre el camino para el desarrollo de material de nanofibras que se puede utilizar para estructuras más grandes al tiempo que retiene la resistencia a la tracción de las nanofibras y la capacidad de soportar cargas mecánicas. El proceso también se puede usar para controlar el ensamblaje a nanoescala de tubos de carbono y otras fibras de tamaño nanométrico.

Las mediciones del material se informaron para la rigidez a la tracción, 86 gigapascales (GPa), y para la resistencia a la tracción, 1,57 GPa.

Los fondos para la investigación fueron proporcionados por la Fundación Knut y Alice Wallenberg a través del Centro de Ciencias Wallenberg Wood.

Fuentes: KTH, New Atlas.