Новый подход к созданию композитов с наноцеллюлозой
Теоретически наноцеллюлоза может стать следующим суперматериалом.
Класс биологических материалов – нанокристаллы целлюлозы присутствуют в бессчётных природных совокупностях, прежде всего деревьях, привлекли интерес исследователей из-за собственной чрезвычайной прочности, упругости и малого веса. В действительности эти материалы так прочны и твёрды, что многие ученые уверены в том, что они смогут заменить кевлар в шлемах и бронежилетах для армейских. В отличие от собственного исходного материала (дерева) нанокристаллы целлюлозы являются прозрачными, что делает их перспективными кандидатами для защитных очков, окон либо дисплеев.
Но в действительности все обстоит не так радужно.
«Весьма тяжело в опыте воплотить предсказанные теоретические особенности,» – говорят исследователи. – «По окончании создания композиционного материала с наноцеллюлозой экспериментальные эти частенько не совпадают с теорией.»
Исследователи из McCormick School of Engineering создали новый вычислительный подход, что растолковывает из-за чего на протяжении опытов не получается совершенный материал и предлагает решения для исключения этих недочётов, в частности методом трансформации химии поверхности нанокристаллов целлюлозы для получения более прочных водородных связей с полимерами.
Нанокристаллы целлюлозы являются совершенным кандидатом для нанокомпозитов – материалов, где синтетический полимер матрицы содержит наноразмерные частицы наполнителя. Они владеют массой преимуществ потому, что, конечно, биодоступны, относятся к возобновляемым ресурсам, нетоксичны, довольно недороги и смогут быть легко извлечены из древесной пульпы в бумажной индустрии.
Единичный нанокристалл целлюлозы и его сечение.
Неприятности появляются, в то время, когда исследователи пробуют совместить наполнитель (частицы наноцеллюлозы) с полимерной матрицей. До тех пор пока исследователям не хватало понимания того, как концентрация наполнителя воздействует на неспециализированные особенности композита, и темперамент сотрудничеств между наполнителем и матрицей.
Ответ исследователей изMcCormick School of Engineering сосредотачивает внимание на размерах, а не на природе материалов. Осознавая, какие конкретно факторы определяют свойства на ядерном уровне, вычисления исследователей смогут угадать свойства нанокомпозита при масштабировании до подлинных размеров, наряду с этим требуется минимум экспериментальных данных.
Источник: Xin Qin, Wenjie Xia, Robert Sinko, Sinan Keten. **Tuning Glass Transition in Polymer Nanocomposites with Functionalized Cellulose Nanocrystals through Nanoconfinement **. Nano Letters, 2015; 150916134333003 DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b02588