Шведы и японцы создали строительную нанобумагу
Ученые из Шведского Королевского института технологий в Стокгольме в сотрудничестве со своими японскими коллегами создали нанобумагу, по прочности на разрыв превосходящую чугун и лишь немного уступающую стали.
Работа исследователдей опубликована в журнале Biomacromolecules. По химическому составу нанобумага не отличается от стандартной и получается из обычной древесины при помощи специального разработанной технологии. Создатели надеются, что новый материал найдет применение в строительстве.
Целлюлоза - один из самых распространенных природных полимеров. Она является главной составляющей клеточных стенок растений и обуславливает их механическую прочность. Целлюлоза давно используется в промышленности, являясь основой для производства целлофана, бумаги, различных пищевых добавок.
Для получения целлюлозы шведские исследователи использовали древесину. Обычный процесс добычи состоит из двух основных этапов. На первом древесина очищается и перемалывается в мягкую массу. На втором применяются специальные реагенты, которые растворяют или разрушают содержащиеся в растительных тканях нецеллюлозные компоненты. В результате такого процесса отдельные волокна целлюлозы повреждаются и теряют свою прочность, поэтому ученые разработали более щадящую схему. На первом этапе древесина обрабатывалась специально подобранными химическими ферментами. Затем, при помощи обычного пестика, размягченная ферментами, она разбивалась в воде в однородную смесь. После выпаривания воды получился лист нового материала, толщиною 50 микрометров.
Далее ученые тестировали прочность новой бумаги на разрыв. Для этого на специальной машине к тонкой полоске материала прикладывалась постепенно возрастающая сила. Максимальное значение, при котором происходит разрыв полоски, и называется прочностью на разрыв данного материала. Для тестирования ученые использовали образец длиной 40 и шириной 5 миллиметров. Прочность на разрыв нанобумаги составила 214 мегапаскалей (МПа). Для сравнения: прочность бумаги - менее одного МПа, прочность чугуна - 180 МПа, прочность строительной стали - 250 МПа.
Столь удивительные свойства ученые объясняют несколькими факторами. Во-первых, толщина неповрежденных волокон целлюлозы в новом материале составляет около 300 нанометров - в тысячу раз тоньше, чем в обычной бумаге. Во-вторых, эти волокна сплетены в сложную механическую сеть, которая обеспечивает эластичность и прочность одновременно.
Сами создатели считают, что у открытых ими материалов огромный потенциал в сфере строительства. Нанобумага может быть использована для укрепления различных конструкций, создания прочных клейких лент. Нановолокна возможно использовать для укрепления бетона.
|
