麻省理工学院的新型基于植物材料被从纤维素纳米晶体制成并可以取代塑料

用来自树木的纤维素和一种合成聚合物，麻省理工学院的研究人员已经创造了一种"比某些类型的骨头更坚硬更坚韧并且比典型的铝合金更硬"的材料。

THE FUTURE — MARCH 12, 2022

B. David Zarley

Figure courtesy of the researchers, edited by MIT News.

关键要点

·                                 纤维素纳米晶体（CNCs）增强植物细胞壁。

·                                 使用纤维素纳米晶体和一种合成聚合物，麻省理工学院的研究人员创造了一种比某些骨头更硬比典型铝合金更硬的材料。

·                                 这些材料可能能够取代由化石燃料制成的塑料。

麻省理工大学宣布，麻省理工学院的研究人员使用来自树木的纤维素和一种合成聚合物已经创造了一种"比某些类型的骨头更硬更坚韧、比典型的铝合金更硬"的材料。

研究人员希望他们的化合物能够在未来导致更好、更可持续的塑料。目前，这种材料在干燥时会收缩，使用它打印任何大的东西困难的。

麻省理工学院的阿布希纳维劳说，"如果你能避免收缩，你可以保持扩大规模，也许达到米级，然后，如果我们有远大的梦想，我们可以用纤维素复合材料取代很大一部分塑料"。

研究人员希望他们的化合物能够在未来导致更好、更可持续的塑料。

晶体的力量：按照麻省理工学院，如果你想找到一棵树最强的部分，你必须真的仔细来看。它不是强大的树干或坚固的根部：它实际上在细胞壁上。

这些壁由纤维素弄成，它为从藻类到我心爱的金星捕蝇器再到高耸的红木的一切提供结构。纤维素很强，因为它是由有机聚合物以紧密的结晶模式排列制成的。

这些纤维素纳米晶体（CNCs）增强细胞壁，并且按照麻省理工学院它们在这个尺度上比凯夫拉更坚硬、更坚固。

因此为什么塑料仍然由石油制成，而不是这些植物衍生的纳米晶体呢？问题在于规模。如果你在一种材料中放入太多的纤维素纳米晶体，它们往往会聚集在一起，并且它们不能与其它聚合物分子很好地结合。

这种鱼群的性质保持它们不能以足够高的浓度利用它们的力量和弹性被使用。

现在，麻省理工学院的团队已经找到了一个能绕过这个问题的配方。

塞满了纤维素：该团队的植物衍生材料发表在恰如其名的期刊纤维素上，能含有60-90%的纤维素纳米晶体。

新地图杂志报道，他们首先将现成的纤维素纳米晶体与一种合成液体聚合物混合，获得来形成一种凝胶的正确比例。为了防止纳米晶体结块，他们用一种超声波探针击中它们，破开它们自由并允许它们与其他分子很好的玩。

最后，强的键联遍布整个材料。

劳说，"我们基本上解构了木材并重建了它，我们采用了木材的最佳成分即纤维素纳米晶体并重建了它们来取得一种新的复合材料"。

当研究小组更仔细观察他们的纤维素纳米晶体时，他们发现了它们被排列成一个类似于珍珠层的砖块与砂浆图案------这是你从牡蛎上脱落掉的闪闪发光的材料，以及珍珠是由什么制成的。

珍珠层的结构帮助防止裂缝能够一路穿过它，研究小组发现了他们的新材料显示了对开裂的相同抗性。

"我们基本上解构了木材并重建了它"。.

阿布希纳维劳

要解决的挑战：这种凝胶能够3D打印，但它还没有为（字面上）大时间做好准备。当它干燥时发生的收缩会造成任何太大在干燥过程中弯曲或开裂的东西。

不过，这个问题是潜在的可解决的，如果是这样，这种材料可以让我们做一堆我们以前从未做过的事情。

麻省理工学院机械工程教授约翰哈尔特说，"通过用纤维素纳米晶体创造在高负载下的复合材料 [阅读：混合物中的大量纤维素纳米晶体]，我们能赋予基于聚合物材料之前它们从未有过的机械性能"。

最终，这些材料可能能够取代由化石燃料制成的塑料。

本文最初发表在我们的姊妹网站自由思想Freethink上。

https://bigthink.com/the-future/cellulose-nanocrystals/