‘พลาสติก’ ที่ยั่งยืนจากพืชชนิดใหม่นั้นแข็งแกร่งพอๆ กับกระดูกและแข็งพอๆ กับอะลูมิเนียม

'พลาสติก' ที่ยั่งยืนจากพืชชนิดใหม่นั้นแข็งแกร่งพอๆ กับกระดูกและแข็งพอๆ กับอะลูมิเนียม

ส่วนที่แข็งแรงที่สุดของต้นไม้ไม่ได้อยู่ที่ลำต้นหรือรากที่แผ่กิ่งก้านสาขา แต่อยู่ในผนังเซลล์ขนาดเล็กมากผนังเซลล์ไม้เดียวสร้างจากเส้นใยเซลลูโลส ซึ่งเป็นพอลิเมอร์ที่มีมากที่สุดในธรรมชาติ และเป็นส่วนประกอบโครงสร้างหลักของพืชและสาหร่ายทั้งหมด ภายในเส้นใยแต่ละเส้นจะเสริมนาโนคริสตัลเซลลูโลสหรือ CNCs ซึ่งเป็นสายโซ่ของโพลีเมอร์อินทรีย์ที่จัดเรียงในรูปแบบคริสตัลเกือบสมบูรณ์แบบ ในระดับนาโน CNC มีความแข็งแรงและแข็งกว่าเคฟลาร์ หากคริสตัลสามารถทำงานเป็นวัสดุในส่วนที่มีนัยสำคัญได้ CNCs อาจเป็นเส้นทางสู่พลาสติกที่แข็งแรงขึ้น ยั่งยืนกว่า มาจากธรรมชาติ

ตอนนี้ทีมงานของ

 MIT ได้ออกแบบคอมโพสิตที่ทำจากเซลลูโลสนาโนคริสตัลผสมกับพอลิเมอร์สังเคราะห์เล็กน้อย คริสตัลออร์แกนิกใช้วัสดุประมาณ 60 ถึง 90 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งเป็นส่วนที่สูงที่สุดของ CNCs ในคอมโพสิตจนถึงปัจจุบัน

นักวิจัยพบว่าคอมโพสิตจากเซลลูโลสมีความแข็งแรงและแข็งแกร่งกว่ากระดูกบางชนิด และแข็งกว่าโลหะผสมอลูมิเนียมทั่วไป วัสดุนี้มีโครงสร้างจุลภาคอิฐและปูนที่มีลักษณะคล้ายมุก ซึ่งเป็นเยื่อบุเปลือกแข็งด้านในของหอยบางชนิด

ทีมงานได้คิดค้นสูตรสำหรับคอมโพสิตที่ใช้ CNC ซึ่งพวกเขาสามารถประดิษฐ์ขึ้นโดยใช้ทั้งการพิมพ์ 3 มิติและการหล่อแบบธรรมดา พวกเขาพิมพ์และหล่อคอมโพสิตเป็นแผ่นฟิล์มขนาดเพนนีซึ่งพวกเขาใช้ทดสอบความแข็งแรงและความแข็งของวัสดุ พวกเขายังตัดเฉือนคอมโพสิตให้เป็นรูปร่างของฟันเพื่อแสดงให้เห็นว่าวันหนึ่งวัสดุอาจถูกนำมาใช้เพื่อทำรากฟันเทียมที่ใช้เซลลูโลส และสำหรับเรื่องนั้น ผลิตภัณฑ์พลาสติกใดๆ ก็ตามที่มีความแข็งแรง ทนทานกว่า และยั่งยืนกว่า

แผงโซลาร์เซลล์

ที่สร้างจากพืชผลเสียสามารถสร้างพลังงานได้โดยไม่ต้องใช้แสงโดยตรง

A. John Hart ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมเครื่องกลกล่าวว่า “การสร้างคอมโพสิตด้วย CNC ที่มีการรับน้ำหนักสูง ทำให้เราสามารถให้คุณสมบัติทางกลของวัสดุที่มีพอลิเมอร์ได้อย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน” “ถ้าเราสามารถแทนที่พลาสติกจากปิโตรเลียมบางชนิดด้วยเซลลูโลสที่ได้จากธรรมชาติ นั่นก็ย่อมดีกว่าสำหรับโลกเช่นกัน”

พันธะเจลในแต่ละปี มีการสังเคราะห์เซลลูโลสมากกว่า 10 พันล้านตันจากเปลือกไม้ ไม้ หรือใบของพืช เซลลูโลสนี้ส่วนใหญ่ใช้ในการผลิตกระดาษและสิ่งทอ ในขณะที่ส่วนหนึ่งของเซลลูโลสถูกแปรรูปเป็นผงเพื่อใช้ในสารเพิ่มความข้นในอาหารและเครื่องสำอาง

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา นักวิทยาศาสตร์ได้สำรวจการใช้นาโนคริสตัลเซลลูโลส ซึ่งสามารถสกัดจากเส้นใยเซลลูโลสผ่านการไฮโดรไลซิสของกรด คริสตัลที่แข็งแรงเป็นพิเศษสามารถใช้เป็นวัสดุเสริมแรงตามธรรมชาติในวัสดุที่มีพอลิเมอร์ได้ แต่นักวิจัยสามารถรวม CNCs ในปริมาณน้อยๆ ได้เท่านั้น เนื่องจากคริสตัลมีแนวโน้มที่จะจับตัวเป็นก้อนและมีพันธะเพียงเล็กน้อยกับโมเลกุลของพอลิเมอร์เท่านั้น

ของผู้คนทั่วโลก

ต้องการห้ามใช้พลาสติกแบบใช้ครั้งเดียวตามการสำรวจทั่วโลกฉบับใหม่

ฮาร์ตและเพื่อนร่วมงานมองหาวิธีที่จะพัฒนาคอมโพสิตที่มี CNC ในปริมาณมาก เพื่อให้สามารถขึ้นรูปเป็นรูปร่างที่แข็งแรงและทนทาน พวกเขาเริ่มต้นด้วยการผสมสารละลายโพลีเมอร์สังเคราะห์กับผง CNC ที่มีจำหน่ายทั่วไป ทีมงานได้กำหนดอัตราส่วนของ CNC และพอลิเมอร์ที่จะเปลี่ยนสารละลายให้เป็นเจล โดยมีความสม่ำเสมอที่สามารถป้อนผ่านหัวฉีดของเครื่องพิมพ์ 3 มิติหรือเทลงในแม่พิมพ์ที่จะหล่อ พวกเขาใช้หัววัดอัลตราโซนิกเพื่อสลายกลุ่มเซลลูโลสในเจล ทำให้มีโอกาสมากขึ้นที่เซลลูโลสที่กระจายตัวจะสร้างพันธะที่แข็งแรงกับโมเลกุลของพอลิเมอร์

พวกเขาป้อนเจลบางส่วนผ่านเครื่องพิมพ์ 3 มิติและเทส่วนที่เหลือลงในแม่พิมพ์เพื่อหล่อ จากนั้นปล่อยให้ตัวอย่างที่พิมพ์ออกมาแห้ง ในกระบวนการนี้ วัสดุหดตัว เหลือแต่คอมโพสิตที่เป็นของแข็งที่ประกอบด้วยนาโนคริสตัลเซลลูโลสเป็นส่วนใหญ่

“โดยพื้นฐานแล้วเราแยกโครงสร้างไม้และสร้างใหม่” Rao กล่าว “เราใช้ส่วนประกอบที่ดีที่สุดของไม้ ซึ่งก็คือเซลลูโลสนาโนคริสตัล และสร้างใหม่เพื่อให้ได้วัสดุคอมโพสิตใหม่”

รอยแตกร้าว

ที่น่าสนใจ เมื่อทีมตรวจสอบโครงสร้างของคอมโพสิตด้วยกล้องจุลทรรศน์ พวกเขาสังเกตเห็นว่าเม็ดเซลลูโลสตกตะกอนในรูปแบบอิฐและปูน คล้ายกับสถาปัตยกรรมของมุก ในมุกนั้น โครงสร้างจุลภาคแบบซิกแซกนี้จะหยุดรอยแตกไม่ให้ไหลผ่านวัสดุโดยตรง นักวิจัยพบว่าสิ่งนี้เป็นกรณีของคอมโพสิตเซลลูโลสใหม่ของพวกเขา

ที่เกี่ยวข้อง: นักวิทยาศาสตร์พัฒนาวิธีก้าวหน้าในการรีไซเคิลพลาสติกอุตสาหกรรมที่อุณหภูมิห้องใน 20 นาที

พวกเขาทดสอบความต้านทานของวัสดุต่อการแตกร้าว โดยใช้เครื่องมือเพื่อเริ่มต้นการแตกร้าวระดับนาโนและระดับไมโครครั้งแรก พวกเขาพบว่าการจัดเรียงเม็ดเซลลูโลสของคอมโพสิตช่วยป้องกันรอย

แตกไม่ให้แตกตัวของวัสดุ 

ความทนทานต่อการเสียรูปของพลาสติกทำให้คอมโพสิตมีความแข็งและความแข็งที่รอยต่อระหว่างพลาสติกทั่วไปกับโลหะ

ในอนาคต ทีมงานกำลังมองหาวิธีลดการหดตัวของเจลเมื่อแห้ง แม้ว่าการหดตัวไม่ใช่ปัญหามากนักเมื่อพิมพ์วัตถุขนาดเล็ก แต่สิ่งที่ใหญ่กว่านั้นอาจหักหรือแตกได้เมื่อวัสดุประกอบแห้ง

Credit : สล็อตเว็บตรง แตกง่าย