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科技前沿

地球上最易得到的天然材料——纳米纤维素
来源:搜狐  2016-11-16 16:30:59
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原文:http://www.chinacompositesexpo.com/cn/news.php?show=detail&c_id=288&news_id=3992
  如果你可以利用地球上最丰富的天然材料之一,利用它的优点让重物体变轻、取代合成材料或使用它作为支撑结构开发骨骼、应用于快速增长的口腔保健领域,那么世界会不会更加美好?
 
 
  纤维素纳米晶体(植物的分子物质)能让这一切都成为现实。作为工业填充材料,它们能与塑料和其它合成纤维混合。它们像钢铁一样结实耐用,像玻璃一样牢固,重量轻而且环保。
 
  “现在,塑料可以用由钢材、碳、芳纶纤维材料或玻璃制成的填料加固。制造业领域对轻便、坚固的可持续材料的需求在不断增长,以替代这些填充材料,”道格拉斯·M·福克斯说,他是美利坚大学化学系副教授。
 
  “纤维素纳米晶体是一种环保型填料。如果有一天,将它们广泛应用于制造业领域,纤维素纳米晶体将减轻材料的重量,减少能源使用量。”
 
  福克斯已经将他的纤维素纳米晶体研究成果提交了专利申请,包括一个简单的、可升级的方法来提高材料性能。研究论文发表在《ACS应用材料和界面》期刊上。福克斯的成果可作为一种生物材料,在交通运输、基础设施和风力涡轮机领域进行应用。
 
  纤维素的力量
 
  纤维素增加了茎、叶和自然界中其它有机物质的强度。这种强度已经在许多商业材料上被加以利用。在纳米级上,纤维素纤维可以分解成微小的晶体,颗粒小于十微米。通过从天然来源,如木材、被囊动物(海参类)和某些种类的细菌中提取纤维素,研究人员可以制备不同尺寸和强度的晶体。
 
  所有行业领域都存在发展障碍。将纳米纤维素添加在塑料中,科学家们必须发现最有效点:最佳量的纳米颗粒间的相互作用能够产生最大强度、达到最新的特性。利用简单的离子交换过程,通过改变纳米晶体的表面化学特性,福克斯克服了四个障碍。离子交换减少水的吸收(如果吸收水分之后纤维素材料会失去强度);提高纳米晶体分解的温度(需要与塑料混合);减少结块;提高晶体干燥后的再扩散。
 
  细胞的生长
 
  纤维素纳米晶体作为生物材料还有另一个商业应用。在牙科再生医学中,需要发展种植牙技术。国家标准与技术研究所的研究人员,通过与美国国立卫生研究院的牙科和颅面研究所达成协议,寻找改进的临床方法。当研究人员用福克斯的改进的纳米晶体进行实验时,他们能够将纳米晶体分散在支架结构中,达到牙科再生医学的目的。
 
  “当我们在纤维素纳米晶体支架上培养细胞的时候,初步结果表明,支架结构既能够实现力学特性也能够实现生物反应。这表明,适当浓度的纤维素纳米晶体支架材料是一种很有潜力的骨骼再生方法,” 美国国家标准技术研究所口腔健康生物材料项目研究团队领导者Martin Chiang说。
 
  福克斯的另一项合作是与乔治亚理工学院和Owens Corning公司,这是一家专业从事玻璃纤维绝缘材料和复合材料的公司,研究用于飞机、汽车和风力涡轮机的玻璃钢替代品。他还与Vireo Advisors和美国国家标准技术研究所一起合作,划定纤维素纳米晶体和纳米纤维健康和安全特征。
 
  “随着研究的深入,证明这些纳米材料的安全性,使其更容易应用于不同材料中,我们就能在日常产品中,更接近利用这些自然界中耐化学腐蚀、坚韧无比而且最丰富的聚合物。”福克斯说。
文章来源:http://www.chinacompositesexpo.com/cn/news.php?show=detail&c_id=288&news_id=3992