MIT团队已经使用CNC设计了主要基于植物的复合材料，该复合材料占该材料的60％-90％。如果可扩展，则该材料可能会提供制造更可持续的天然聚合物的机会。该研究的全部细节发表在《期刊》上纤维素。
学习：可打印的，可铸的，纳米晶纤维素 - 环氧复合材料，表现出分层nacre样强化。图片来源：goodstudio/shutterstock.com
纤维素是大多数绿色植物，藻类类型，甚至在某些细菌中的原代细胞壁内发现的重要结构成分。这使其成为大自然最丰富的聚合物，并且通常用于生产源自木浆和棉花来源的纸张。
现在，麻省理工学院的一组研究人员已设法释放了纤维素纳米晶体（CNC）的独特性能，即以晶体模式排列的自组织有机聚合物的链。在纤维素纤维中发现了CNC，在纳米级中，CNC表现出异常的硬度和刚度，即使表现优于Kevlar和匹配的铝。
比骨头硬，比金属硬
在设计新的基于CNC的复合材料时，麻省理工学院团队发现，该材料比骨头硬，比包括铝合金在内的一些金属更坚硬。该材料的结构构成与“ Nacre”相似，也称为珍珠母，这是在某些软体动物的内壳层上发现的有机无机复合材料。
像Nacre一样，纤维素复合材料的微观结构占据了实体层状结构：“基于矿物质的纳米复合材料，例如NACRE，搪瓷和骨骼，通过优化的微观结构实现高强度和韧性，从而实现层次损伤的能力，”合着者A. John Hart教授解释说。
此外，该团队还展示了通过增材制造（3D打印）和传统铸造方法制造基于CNC的材料的能力。他们能够将材料打印成小镜头薄膜进行测试。
CNC复合材料的刚度，硬度和断裂韧性超过了许多工程聚合物
MIT合着者A. John Hart教授
如果团队可以生产大量材料，那么考虑到合成塑料对地球的影响，基于植物的复合材料可以说是更好的环境前景。
重建大自然的丰富
由于纤维素的天然丰富性，研究人员一直在探索纤维素纳米晶体的各种潜在用途，这些用途很容易通过酸水解方式提取。但是，他们能够提取的数量尚未与以前的复合材料中的合并数量匹配。
阻碍发育的问题包括CNC晶体与合成聚合物分子键合成产生弱，性能较差的材料时形成聚集团团的趋势。欧洲杯足球竞彩但是，麻省理工学院团队决定增加其复合材料中的CNC量，这些CNC可以以高强度和硬度形成耐用的形式。
一旦他们开发了合适的CNC和合成聚合物比率，该团队就可以生产一种可以将其倒入铸件中或通过3D打印机喷嘴喂食的复合材料。纤维素材料的这种解构和随后的重建是植物性材料的新应用。欧洲杯足球竞彩
对于在凝胶中形成的任何团块，团队都应用了探针超声器将CNC分散在整个材料上以与合成材料的最佳键合：“CNC在凝胶中的分散过程至关重要，对于避免CNC的大聚集体和相分离的沉淀至关重要，”解释说哈特。
改善固化过程
一旦材料被打印或铸欧洲杯足球竞彩造，它们就可以固化和干燥，形成固体，硬复合材料，这些复合材料表现出与Nacre相似的出色电阻性能。材料的硬度和刚度特性使其独特，从某种意义上说，它可以以与许多塑料相同的方式形成，同时证明金属合金的性能。
“在基于石油的聚合物中添加明显的CNC分数可以改善机械性能并减少这些无处不在的材料的环境影响欧洲杯足球竞彩，”哈特说。
研究人员在基于植物的复合材料的固化过程中注意到的一件事是，它具有收缩的趋势。尽管这不是小规模的主要问题，但它可能会提出制造较大物体和形状的问题，因为它可能会导致它们在固化时分裂或破裂。
因此，尽管该材料确实为有一天有可能在更大范围内取代塑料的材料提供了一个令人兴奋的机会，但研究人员将首先找到方法来改善基于CNC的复合材料的固化过程，以避免收缩问题并使材料可扩展。
参考
Rao，A.，Divoux，T.，Owens，C.E。等。可打印的，可铸的，纳米晶的纤维素 - 环氧复合材料，表现出分层nacre样韧性。纤维素（2022）。https://link.springer.com/article/10.1007/s10570-021-04384-7
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