クモの糸よりも強いセルロースナノファイバーの作り方

クモの糸よりも強いセルロースナノファイバーの作り方

スウェーデンの研究者は、木材やクモの糸など、成形されたものであれ天然のものであれ、既知のバイオベース材料の強度を上回る材料を生産しました。植物の基本的な構成要素であるセルロースナノファイバー(CNF)を使用することで、飛行機、車、家具の軽量化が可能です。

「ここで製造されたバイオベースのナノセルロース繊維は、一般的に最も強力なバイオベース材料である天然のクモの牽引糸よりも8倍硬く、強度が高い」 「特定の強度は、金属、合金、セラミック、E-ガラス繊維の強度を超えています。」

米国化学会誌(ACS Nano)に掲載されたこの研究では、セルロースナノファイバーをほぼ完全なマクロスケール配列に配置する自然の能力を模倣する新しい方法について説明しています。

報告された進捗状況は、製造中のナノスケールでの物理、CNFなどのコンポーネントの構造化の制御方法に由来してます。これには、幅1 mmのチャネルを有するステンレス鋼中に水で懸濁したナノファイバーを入れ、粉砕を制御することで可能です。脱イオン水と低pH水を使用することで、ナノファイバーを正しい方向に整列させ、CNF間の超分子相互作用を可能にし、それらが結合した十分に詰まった状態に自己組織化できるようにします。

「この発見は、粒子サイズ、相互作用、アライメント、拡散、ネットワーク形成、アセンブリなど、完全なナノ構造化に不可欠な重要な基本パラメーターを理解し、制御することで可能になります。」

Söderberg氏によると、この研究により、ナノファイバーの引張強度と機械的負荷に耐える能力を維持しながら、より大きな構造に使用できるナノファイバー材料の開発が可能になります。このプロセスは、カーボンチューブやその他のナノサイズの繊維のナノスケールアセンブリの制御にも使用できます。

材料の測定値は、引張剛性、86ギガパスカル(GPa)、および引張強度、1.57 GPaについて報告されています。

Nitesh Mittal et al, Near-Perfect Assembly of Nanoscale Building Blocks into Macroscopic Materials ACS Nano (2018),
dx.doi.org/10.1021/acsnano.8b01084

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