树的最强部分不在其树干或庞大的根部，而是在其微观细胞的壁上。
由麻省理工学院的团队设计的新木质复合材料，就像骨头一样坚硬，与铝一样坚硬，它可以为自然衍生的塑料铺平道路。该图像显示了由木单元背景的团队打印的牙齿。图片来源：图片由研究人员提供，由麻省理工学院新闻编辑。
单个木细胞壁是由纤维素的纤维建造的 - 自然界最丰富的聚合物以及所有植物和藻类的主要结构成分。每个纤维内的纤维素纳米晶体或CNC是有机聚合物的链，它们以几乎完美的晶体图案排列。在纳米级，CNC比Kevlar更强大和更硬。如果可以将晶体分解成大量的材料，则CNC可能是通往更强壮，更可持续，自然衍欧洲杯足球竞彩生的塑料的途径。
现在，MIT团队已经设计了一种主要由纤维素纳米晶体制成的复合材料，并混合了一些合成聚合物。有机晶体占用约60％至90％的材料，这是迄今为止复合材料中获得的CNC的最高部分。
研究人员发现，基于纤维素的复合材料比某些类型的骨骼更强，更坚固，并且比典型的铝合金更难。该材料具有类似于Nacre的实体微观结构，这是一些软体动物的硬内壳衬里。
该团队击中了基于CNC的复合材料的食谱，他们可以使用3D打印和常规铸造来制造该食谱。他们将复合材料印刷成一分钱的胶片，用来测试材料的强度和硬度。他们还将复合材料加工成牙齿的形状，以表明该材料有一天可能被用来使基于纤维素的牙科植入物（为此）使用任何塑料产品，它们更强，更坚固，更可持续。
“通过在高负载下与CNC创建复合材料，我们可以提供以前从未有过的聚合物材料机械性能。”欧洲杯足球竞彩机械工程教授A. John Hart说。“如果我们可以用天然衍生的纤维素代替一些石油的塑料，那对地球也可以说是更好的。”
Hart和他的团队，包括Abhinav Rao PhD ’18，Thibaut Divoux和Crystal Owens SM ’17，今天在《杂志》上发布了他们的结果纤维素。
凝胶键
每年，从树皮，木头或植物的叶子中合成了超过100亿吨的纤维素。这些纤维素的大部分用于生产纸张和纺织品，而其中一部分被加工成粉末，以用于食品增稠剂和化妆品。
近年来，科学家探索了纤维素纳米晶体的用途，可以通过酸水解从纤维素纤维中提取。在聚合物基材料中，异常强的晶体可以用作天然钢筋。欧洲杯足球竞彩但是研究人员只能结合低分子CNC，因为晶体倾向于凝结并与聚合物分子薄弱。
Hart和他的同事们希望开发出具有很高比例CNC的复合材料，它们可以变成坚固，耐用的形式。他们首先将合成聚合物的溶液与市售的CNC粉末混合。团队确定了将溶液变成凝胶的CNC和聚合物的比率，其稠度可以通过3D打印机的喷嘴馈送，或者倒入模具中进行铸造。他们使用超声探针破坏了凝胶中的所有纤维素，使得分散的纤维素更有可能与聚合物分子形成强键。
他们通过3D打印机喂了一些凝胶，然后将其余的凝胶倒入模具中。然后，他们让印刷的样品干燥。在此过程中，材料缩小，留下主要由纤维素纳米晶体组成的固体复合材料。
“我们基本上是解构木材，并重建了木材。”饶说。“我们采用了木制纳米晶体的最佳组成部分，并重建它们以实现新的复合材料。”
艰难的裂缝
有趣的是，当团队在显微镜下检查了复合材料的结构时，他们观察到纤维素的谷物变成了实体模式，类似于Nacre的建筑。在Nacre中，这种曲折的微观结构可阻止裂纹直行穿过材料。研究人员发现，它们的新纤维素复合材料也是如此。
他们使用工具来启动首先纳米尺度裂纹，测试了材料对裂纹的阻力。他们发现，在多个尺度上，纤维素晶粒的复合材料排列阻止了裂纹将材料拆分。这种对塑性变形的抗性使复合材料在常规塑料和金属之间的边界处具有硬度和刚度。
展望未来，该团队正在寻找方法来最大程度地减少凝胶干燥时的收缩。虽然打印小物体时收缩并不是什么问题，但随着复合材料干燥，更大的任何东西都可以扣紧或破裂。
“如果您可以避免收缩，则可以继续扩展，也许可以达到仪表尺度，”饶说。“然后，如果我们要大型梦想，我们可以用纤维素复合材料代替大量的塑料。”
这项研究得到了Proctor and Gamble Corporation以及国防科学与工程研究生奖学金的部分支持。欧洲杯线上买球
资源：https://web.mit.edu/