Технології

Целюлоза для виготовлення сучасних матеріалів

В останнє десятиліття збільшилася кількість наукових публікацій і патентів щодо целюлози, найбільш поширеного природного полімеру.

Розглядаючи ці роботи, дослідник кафедри графічного дизайну та інженерних проєктів Університету UPV/EHU досліджував рівень розвитку наногібридних матеріалів, виготовлених з нанокристалів целюлози в поєднанні з органічними і неорганічними частинками. Основну увагу в дослідженні приділено методам виробництва, типами створюваних наногібридів та їх застосування.

Розвиток наногібридних матеріалів

Ерланц Лізундия-Фернандес, який читає лекції на кафедрі графічного дизайну та інженерних проєктів UPV/EHU, працює з відновлюваними полімерами.

«Ми прагнемо рухатися вперед до поновлювальної економіки, тому ми використовуємо поновлювані матеріали для заміни матеріалів, які тепер виробляються з нафти, або, наприклад, щоб вони могли бути використані для заміни дефіцитних елементів, таких як літій або кобальт. Мої дослідження зосереджені на целюлозі, і з усіх видів целюлози я працював в основному з нанокристалами», — сказав він.

Будучи експертом в цій області, Лізундія разом з трьома іншими дослідниками з Італії і Канади проаналізував основні розробки і здобутки, які з’явилися останнім часом в області нанокристалів целюлози. «Існує величезна кількість наукових робіт, що пояснюють синтез матеріалів такого типу і спрямованих на те, що називається доказом концепції, іншими словами, на те, щоб показати, що вони можуть бути використані для конкретного застосування. Нанокристали целюлози широко використовуються для механічного зміцнення полімерів. Однак, навряд чи знайдеться яка-небудь робота, яка каталогізувала б і пояснювала б застосування гібридних матеріалів, отриманих з використанням нанокристалів целюлози. В цьому ми і зробили свій внесок: ми описали сучасний стан в цій галузі знань, провівши поглиблений огляд опублікованих у зв’язку з цим робіт«, — пояснив дослідник.

Кристали целюлози можна отримати з будь-якого об’єкта, що містить целюлозу, будь то дерево або газета, і ці кристали використовуються в якості основи, подібно матриці, для отримання багатофункціональних матеріалів шляхом їх гібридизації з іншими компонентами, такими як наночастки оксиду металу, наночастинки вуглецю та іншими речовинами природного походження. Створені матеріали мають безліч цікавих властивостей: вони поновлювані й піддаються біологічному розкладанню, їх можна отримати просто і недорого, вони володіють великою гнучкістю, низькою щільністю і високою пористістю, а також відмінними механічними, термічними та фізико-хімічними властивостями, в тому числі. В ході аналізу вони глибоко вивчили три аспекти гібридних матеріалів: процес виробництва, за допомогою якого вони формуються, типи вироблених гібридних матеріалів і області застосування, для яких вони використовуються.

Лізундія та інші дослідники розглянули методи виробництва, використовувані для формування гібридних матеріалів з різними морфологіями і формами.

«Найбільш широко використовуваний метод — найпростіший з усіх», — йдеться в статті — «Нанокристали целюлози і інші елементи, призначені для формування гібридного матеріалу, змішуються в розчині; цей розчин розпорошується на поверхню, після чого вода може випаруватися».

Завдяки цій техніці нанокристали целюлози утворюють спіральні структури, спіралеподібні нематодні структури.

«Особливість цих структур у тому, що вони надають матеріалу структурний колір. Нанокристали організовані в шари і, в залежності від відстані між шарами, гібридний матеріал буде відбивати світло в тій чи іншій довжині хвилі, тобто буде мати той же колір», — додав Лізундія.

Крім вищезгаданого способу виробництва, в дослідженні також були враховані фільтрація, 3-D друк, пошарова складання і сіль-гелевий процес. У всіх випадках описується ступінь розвитку методу та вказуються особливості вироблених їм матеріалів. Однак потім ціла глава присвячена особливостям наногібридів, що утворилися в різних аналізованих дослідженнях, з подальшою класифікації за елементами, які додаються в нанокристали: метали, оксиди металів, вуглецеві нановолокна і наночастки, графенові шари, люмінесцентні наночастинки та ін. Нарешті, розглядаються заявки, запропоновані для використання в гібридних матеріалах, з приділенням особливої уваги в областях інженерії та медицини. Серед інженерних додатків виділяються датчики, каталітичні перетворювачі, матеріали для очищення стічних вод та енергетичні програми, розроблені з використанням нанокристалів целюлози. В якості вкладу матеріалів в такі області, як тканинна інженерія, доставка лікарських засобів, антибактеріальні розчини або перев’язувальні матеріали, вони також називають матеріали, використовувані в медицині.

У кожній зі згаданих частин вони розглядають те, що було досягнуто в різних областях досліджень, але як експерти в цій галузі вони також дають власну оцінку потенціалу матеріалів і того, що ще належить розробити. Лізундія дійшов наступного висновку:

«Ця робота дозволила об’єднати всі дослідження, проведені в різних місцях, і ми пропонуємо повну картину рівня розвитку гібридних матеріалів. Таким чином, ми сподіваємося, що інтерес до них зросте, і що дослідження в цій області будуть стимулювати заповнення знайдених нами прогалин, таких як дослідження нанотоксичності в медичних застосуваннях або визначення впливу цих матеріалів на навколишнє середовище».

Натхнення: econet.ru

Кнопка «Наверх»
Закрыть