Teoricamente, a nanocelulose pode ser o próximo supermaterial quente.

Uma classe de materiais biológicos encontrados em vários sistemas naturais, mais notavelmente árvores, Os nanocristais de celulose chamaram a atenção dos pesquisadores por sua extrema resistência, dureza, peso leve, e elasticidade. Os materiais são tão fortes e resistentes, na verdade, que muitas pessoas pensam que poderiam substituir o Kevlar em coletes balísticos e capacetes de combate para militares. Ao contrário de seu material de origem (madeira), os nanocristais de celulose são transparentes, tornando-os candidatos interessantes para óculos de proteção, janelas, ou exibe.

Embora haja muito entusiasmo em torno da ideia de materiais à base de nanocelulose, a realidade muitas vezes cai por terra.

"É difícil fazer essas propriedades teóricas se materializarem em experimentos, "disse Sinan Keten da Northwestern Engineering." Os pesquisadores vão fazer materiais compostos com nanocelulose e descobrir que eles ficam aquém da teoria. "

Keten, um professor assistente de mecânica, Civil, e engenharia ambiental na McCormick School of Engineering da Northwestern University, e sua equipe está trazendo o mundo um passo mais perto de uma abordagem de materiais por design para o desenvolvimento de nanocompósitos com celulose. Eles desenvolveram um romance, framework computacional multi-escala que explica por que esses experimentos não produzem o material ideal e propõe soluções para corrigir essas deficiências, especificamente, modificando a química de superfície dos nanocristais de celulose para obter uma maior ligação de hidrogênio com polímeros.

Apoiado pelo Gabinete de Pesquisa do Exército e pelo Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia, a pesquisa aparece na edição de setembro da Nano Letras . Xin Qin e Wenjie Xia, alunos de pós-graduação no laboratório de Keten, são co-autores do artigo. Robert Sinko, outro graduado no laboratório de Keten, também contribuíram para o estudo.

Encontrado dentro das paredes celulares de madeira, Os nanocristais de celulose são candidatos ideais para nanocompósitos de polímero - materiais em que uma matriz de polímero sintético é incorporada a partículas de preenchimento em nanoescala. Nanocompósitos são comumente feitos de enchimentos sintéticos, como a sílica, argila, ou negro de fumo, e são usados ​​em uma infinidade de aplicações, desde pneus até biomateriais.

“Os nanocristais de celulose são uma alternativa atraente porque são naturalmente biodisponíveis, renovável, não tóxico, e relativamente barato, "Keten disse." E eles podem ser facilmente extraídos de subprodutos da polpa de madeira da indústria de papel. "

Surgem problemas, Contudo, quando os pesquisadores tentam combinar as partículas de carga de nanocelulose com a matriz do polímero. O campo carecia de uma compreensão de como a quantidade de enchimento afeta as propriedades gerais do composto, bem como a natureza das interações em nanoescala entre a matriz e o enchimento.

A solução da Keten melhora esse entendimento ao se concentrar nas escalas de comprimento dos materiais, em vez da natureza dos próprios materiais. Ao compreender quais fatores influenciam as propriedades na escala atômica, sua abordagem computacional pode prever as propriedades do nanocompósito conforme ele aumenta de tamanho - com uma necessidade mínima de experimentação.

"Em vez de apenas produzir um material e depois testá-lo para ver quais são suas propriedades, em vez disso, ajustamos estrategicamente os parâmetros de design para desenvolver materiais com uma propriedade direcionada em mente, "Sinko disse." Quando você está equalizando música, você pode girar os botões para ajustar o baixo, agudos, etc. para produzir o som desejado. Em materiais por design, podemos, da mesma forma, 'girar os botões' de parâmetros específicos para ajustar as propriedades resultantes. "