En la fuente de luz de rayos X de DESY, PETRA III, un equipo dirigido por investigadores suecos ha producido el biomaterial más fuerte que se haya fabricado. Las fibras de celulosa artificiales, pero biodegradables, son más fuertes que el acero e incluso que la seda de araña dragalina, que generalmente se considera el material de base biológica más fuerte. El equipo dirigido por Daniel Söderberg del KTH Royal Institute of Technology en Estocolmo informa el trabajo en la revista ACS Nano de la American Chemical Society.
El material ultrafuerte está hecho de nanofibras de celulosa CNF, los bloques de construcción esenciales de la madera y otra vida vegetal. Utilizando un nuevo método de producción, los investigadores han transferido con éxito las propiedades mecánicas únicas de estas nanofibras a un material macroscópico y liviano quepodría usarse como una alternativa ecológica para el plástico en aviones, automóviles, muebles y otros productos. "Nuestro nuevo material incluso tiene potencial para la biomedicina ya que su cuerpo no rechaza la celulosa", explica Söderberg.
Los científicos comenzaron con nanofibras de celulosa comercialmente disponibles que tienen solo 2 a 5 nanómetros de diámetro y hasta 700 nanómetros de largo. Un nanómetro nm es una millonésima parte de un milímetro. Las nanofibras fueron suspendidas en agua y alimentadas a un pequeño canal, de solo un milímetro de ancho y fresado en acero. A través de dos pares de entradas perpendiculares, agua desionizada adicional y agua con un valor de pH bajo ingresaron al canal desde los lados, apretando la corriente de nanofibras y acelerándola.
Este proceso, llamado enfoque hidrodinámico, ayudó a alinear las nanofibras en la dirección correcta, así como su autoorganización en un hilo macroscópico bien embalado. No se necesita pegamento ni ningún otro componente, las nanofibras se ensamblan en un hilo apretadojuntos por fuerzas supramoleculares entre las nanofibras, por ejemplo, fuerzas electrostáticas y Van der Waals.
Con los rayos X brillantes de PETRA III, los científicos pudieron seguir y optimizar el proceso. "Los rayos X nos permiten analizar la estructura detallada del hilo a medida que se forma, así como la estructura del material y el orden jerárquico en el súperfibras fuertes ", explica el coautor Stephan Roth de DESY, jefe de la línea de dispersión de rayos X Micro y Nanofocus P03 donde se hilaron los hilos." Hicimos hilos de hasta 15 micrómetros de grosor y varios metros de longitud ".
Las mediciones mostraron una rigidez a la tracción de 86 gigapascales GPa para el material y una resistencia a la tracción de 1.57 GPa. "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 de dragalina natural", diceSöderberg. "Si está buscando un material de base biológica, no hay nada parecido. Y también es más fuerte que el acero y cualquier otro metal o aleación, así como las fibras de vidrio y la mayoría de los otros materiales sintéticos". Las fibras de celulosa artificialse pueden tejer en una tela para crear materiales para diversas aplicaciones. Los investigadores estiman que los costos de producción del nuevo material pueden competir con los de las telas sintéticas fuertes. "El nuevo material puede en principio usarse para crear componentes biodegradables".agrega Roth.
El estudio describe un nuevo método que imita la capacidad de la naturaleza para acumular nanofibras de celulosa en arreglos de macroescala casi perfectos, como en la madera. Abre el camino para desarrollar material de nanofibras que pueda usarse para estructuras más grandes mientras retiene la resistencia a la tracción y la capacidad de las nanofibraspara soportar la carga mecánica ". Ahora podemos transformar el súper rendimiento de la nanoescala a la macroescala", subraya Söderberg. "Este descubrimiento es posible al comprender y controlar los parámetros fundamentales clave esenciales para una nanoestructuración perfecta, como el tamaño de partículas, las interacciones,alineación, difusión, formación de red y ensamblaje ". El proceso también se puede utilizar para controlar el ensamblaje a nanoescala de tubos de carbono y otras fibras de tamaño nanométrico.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DISEÑO Deutsches Elektronen-Synchrotron . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :