Получено нановолокно – материал самый крепкий в мире

Получено нановолокно – материал самый крепкий в мире

Шведские учёные произвели самый крепкий из биоматериалов когда-либо созданных. Искусственные, но разлагаемые микроорганизмами целлюлозные волокна оказались сильнее, чем сталь. Даже каркасная нить паутины, считавшаяся самым крепким материалом из серии биоструктурных, не выдержала конкуренции.

Первые шаги эксперимента

Ультрапрочный инновационный материал сделан из нановолокон целлюлозы – необходимых компонентов фотосинтеза древесины и другой живой материи.

Используя новый метод производства, исследователи успешно перенесли уникальные механические свойства нановолокон на макроскопическую облегчённую основу.

Так получили материал, способный выступить экологически чистой альтернативой пластику в самолетах, автомобилях, в производстве мебели и других продуктов.

Новый материал потенциально применим для биомедицины, так как целлюлоза положительно воспринимается живым организмом.

Экспериментировать начали с серийно выпускаемых целлюлозных нановолокон диаметром 2 — 5 нм, длиной до 700 нм. Нанометр (нм) — миллионная часть миллиметра.

Нановолокна погружались в воду и подавались в небольшой канал шириной не более одного миллиметра, затем измельчались.

Через две пары перпендикулярных притоков в канал дополнительно поступала деионизированная вода и вода с низким значением рН. За счёт боковых струй поток нановолокон сжимался и ускорялся в движении.

Этот процесс, называемый химиками гидродинамической фокусировкой, способствует выравниванию нановолокон в правильном направлении. Происходит самоорганизация в хорошо упакованную макроскопическую нить.

Никакой клей или любой другой компонент не требуются, нановолокна собираются плотной структурой, удерживаются вместе супрамолеклярным усилием. Этот процесс учёным удалось проследить и оптимизировать с помощью рентгеновской аппаратуры.

Рентгеновские лучи позволяют анализировать детальную структуру нити по мере ее формирования, а также иерархический порядок и материальную структуру сверхпрочных волокон. Как подметил один из участников эксперимента:

Мы изготавливали нити толщиной до 15 микрометров и длиной в несколько метров.

Результаты проведённых исследований

Измерения показали: жесткость на растяжение 86 ГПа для материала и прочность 1.57 ГПа. Биологическая основа волокон — производственная наноцеллюлоза в 8 раз жестче и прочнее, чем природное шёлковое волокно паука.

Этот биоматериал не имеет аналогов. Он сильнее, чем сталь и любые другие металлы. Он крепче стеклянных волокон и прочих синтетических материалов.

Искусственные целлюлозные волокна допускают вплетение в ткань для создания материалов различного назначения. По оценкам исследователей, затраты на производство нового материала ниже затрат на производство прочных синтетических тканей.

Проведённым исследованием фактически открыли новую технологию. Метод имитации природных способностей накапливать нановолокна целлюлозы внутри почти идеального макроскопического механизма, например, подобного дереву.

Не исключаются возможности разработки нановолоконного материала, пригодного для более крупных структур. При этом сохраняется прочность на растяжение нановолокон и способность выдерживать высокие механические нагрузки.

Открытие стало возможным благодаря пониманию и контролю ключевых фундаментальных параметров, необходимых для идеального наноструктурирования.

Среди таких параметров особо выделяются: размеры частиц, их взаимодействие, выравнивание, диффузия, формирование и сборка сетки.


На основе сведений: DESY


Добавить комментарий

Внимание: Спам не пройдёт. Работает фильтрация комментариев. *