Волокна древесины собрали в сверхпрочный материал

Ученые создали высокопрочный материал из волокон древесной целлюлозы. Он превосходит все известные биополимерные материалы и многие сплавы, в том числе некоторые марки стали, сообщает ACS Nano.

Для достижения таких результатов исследователи пересобрали волокна в искусственную нить.

Давно известно, что структурные элементы целлюлозы и некоторых других природных материалов отличаются крайне высокой прочностью, но в материале утрачивают эти свойства. Перед учеными стояла задача перенести ценные свойства в макрообъекты.

Ключом к решению проблемы стала пересборка материалов – структурные элементы остаются теми же, но меняются их организация и взаимное расположение.

Международная группа ученых из Швеции, Германии и США провела эксперимент по созданию сверхпрочной материи. Исходным материалом послужила смесь деревянных волокон норвежской ели и обыкновенной сосны. После химической обработки исследователи получили суспензию из нановолокон длиной около половины микрометра. Электростатическое отталкивание не позволяло им слипаться.

Волокна выровняли относительно друг друга, для чего использовали потоки воды и кислотный раствор. Последний не только выравнивал частицы, но и снижал электростатическое отталкивание, вследствие чего они слипались.

После этого ученые получили сплошную нить из правильно ориентированных и плотноупакованных волокон целлюлозы, скрепленных нековалентными взаимодействиями. Свойства материала усилили путем химической сшивки волокон с образованием ковалентных связей между ними.

В результате предел прочности на разрыв у нити составил 1,43 гигапаскаля, а у одного из образцов – 1,57 гигапаскалей. Для сравнения – для нержавеющей стали этот показатель составляет несколько сотен мегапаскалей.

Ранее сообщалось, что британские ученые смогли повысить прочность бетона – они добавили в его состав графен.