Ученые создали из волокон древесной целлюлозы материал, который по своей прочности превосходит все известные биополимерные материалы, в том числе паучий шелк, а также многие сплавы, в том числе некоторые марки стали.
Об этом сообщается в работе, опубликованной в журнале ACS Nano.
Таких результатов исследователям удалось добиться, пересобрав волокна в искусственную нить.
Некоторые структурные элементы природных материалов, таких как паучий шелк или целлюлоза, демонстрируют крайне высокую прочность, но теряют свои свойства в материале. Для того, чтобы перенести эти свойства в макрообъекты, ученые разрабатывают различные методы пересборки материалов.
Группа ученых из Швеции, США и Германии под руководством Дэниела Содерберга (Daniel Söderberg) из Королевского технологического института в Стокгольме применила этот подход для создания прочного материала на основе волокон целлюлозы — одного из самых распространенных структурных элементов в растениях.
В качестве исходного материала они взяли смесь деревянных волокон норвежской ели и сосны обыкновенной и после химической обработки в несколько стадий получили суспензию из нановолокон длиной около половины микрометра, не слипающихся из-за электростатического отталкивания.
Для того чтобы выровнять все волокна относительно друг друга, исследователи воспользовались гидродинамическим выравниванием в потоке жидкости.
После такой процедуры образуется сплошная нить из практически идеально ориентированных и плотноупакованных волокон целлюлозы, скрепляемых нековалентными взаимодействиями.
Также исследователи попробовали дополнить эти силы химической сшивкой волокон с образованием ковалентных связей между ними. Это дало заметный результат — предел прочности на разрыв у такой нити составил 1,43 гигапаскаля, а для одного из образцов даже 1,57 гигапаскалей.
Для сравнения: прочность паучьего шелка составляет до 1,3 гигапаскаля, а прочность большинства марок нержавеющей стали обычно составляет несколько сотен мегапаскалей.
