Un equipo liderado por investigadores suecos ha producido el material biológico más potente que se haya fabricado. Las fibras de celulosa artificiales, pero biodegradables, son más fuertes que el acero e incluso que la seda de araña de dragalina, que generalmente se considera el material de base biológica más resistente. El equipo encabezado por Daniel Söderberg del KTH Royal Institute of Technology en Estocolmo informa sobre el trabajo en la revista ACS Nano de la American Chemical Society.
El material ultra fuerte está hecho de nanofibras de celulosa (CNF), los componentes esenciales de la madera y otras plantas. Usando un método de producción novedoso, los investigadores han transferido con éxito las propiedades mecánicas únicas de estas nanofibras a un material macroscópico y liviano que podría 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 la celulosa no es rechazada por su cuerpo”, explica Söderberg.
Los científicos comenzaron con nanofibras de celulosa disponibles comercialmente que tienen un diámetro de 2 a 5 nanómetros y una longitud de hasta 700 nanómetros. Un nanómetro (nm) es una millonésima de milímetro. Las nanofibras se suspendieron en agua y se introdujeron en un pequeño canal, de apenas un milímetro de ancho, y se fresaron en acero. A través de dos pares de entradas perpendiculares, el agua desionizada adicional y el 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 a su autoorganización en un hilo macroscópico bien empaquetado. No se necesita pegamento ni ningún otro componente, las nanofibras se ensamblan para formar un hilo apretado unido por fuerzas supramoleculares entre las nanofibras, por ejemplo, las fuerzas electrostáticas y las fuerzas de Van der Waals.
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 el desarrollo de material de nanofibras que se puede usar para estructuras más grandes al tiempo que conserva la resistencia a la tracción de las nanofibras y su capacidad para soportar cargas mecánicas.
“Ahora podemos transformar el súper rendimiento de la nanoescala a la macroescala”, subraya Söderberg. “Este descubrimiento es posible gracias a la comprensión y el control de los parámetros fundamentales fundamentales esenciales para una nanoestructuración perfecta, como el tamaño de las partículas, las interacciones, la alineación, la difusión, la formación de la red y el ensamblaje”. El proceso también se puede utilizar para controlar el ensamblaje a nanoescala de tubos de carbono y Otras fibras de tamaño nanométrico.
Mayor información: Nitesh Mittal, Farhan Ansari, Krishne Gowda, et al. «Multiscale Control of Nanocellulose Assembly: Transferring Remarkable Nanoscale Fibril Mechanics to Macroscale Fibers». ACS Nano, Published: May 9, 2018.