ساخت یک کامپوزیت گیاهی به سختی استخوان و آلومینیوم

کامپوزیت گیاهی جدید به سختی آلومینیوم

وقتی صحبت از مواد گیاهی به میان می‌آید، بسیاری از مردم ممکن است چیزی را تصور کنند که سبزرنگ است، اما خیلی قوی نیست. ولی این باور در مورد کامپوزیت جدید طراحی شده توسط موسسه فناوری ماساچوست (MIT) صدق نمی‌کند؛ نمونه‌ای که ادعا می‌شود به سختی آلومینیوم و استخوان است.

ماده اصلی این نمونه، آن چیزی است که به عنوان نانوبلورهای سلولز (CNC) شناخته می‌شود که از طریق فرآیند هیدرولیز اسید از الیاف سلولزی که دیواره سلولی درختان را تشکیل می‌دهند به دست می‌آیند.

در سطح نانو، CNCها سفت‌تر و قوی‌تر از کولار هستند. بنابراین، پیش‌تر این امیدواری ایجاد شده بود که اگر آنها به پلیمرهای موجود اضافه شوند، بتوانند آن پلیمرها را قوی‌تر کنند. با این حال، متأسفانه، CNها هنگام اضافه شدن تمایل به جمع شدن داشتند، به علاوه آن‌ها فقط پیوندهای ضعیفی با مولکول‌های پلیمر ایجاد کردند.

محققین در تلاش برای رفع این مشکلات، با مخلوط کردن پودر CNC تجاری موجود با یک پلیمر مایع مصنوعی، در نسبتی که برای تولید ژل بهینه شده بود، کار را شروع کردند. سپس از یک کاوشگر اولتراسونیک برای شکستن توده‌های CNC که درون آن ژل تشکیل شده بود استفاده کردند.

انجام این کار به تک تک نانوکریستال‌ها اجازه می‌دهد تا در سراسر ژل پراکنده شوند. بنابراین آن‌ها می‌توانند پیوندهای قوی با مولکول‌های پلیمر ایجاد کنند.

سپس مقداری از ژل از طریق نازل یک چاپگر سه‌بعدی اکسترود و مقداری نیز در قالب ریخته شد. در هر دو مورد، هنگامی که ژل متعاقبا خشک و منقبض شد، نتیجه نهایی جامد سختی بود که از ۶۰ تا ۹۰ درصد CNC تشکیل شده بود.

علاوه بر این، مشخص شد که کامپوزیت دارای ریزساختاری شبیه آجر و ملات است، شبیه به ساختاری که به پوشش خرچنگ و برخی از پوسته‌های نرم‌تن استحکام می‌بخشد. همچنین نشان داده شد که این ساختار مانع از گسترش ترک‌ها در مواد می‌شود.

آزمایش‌های انجام‌شده بر روی قطعات به اندازه یک پنی از فیلم ساخته‌شده از کامپوزیت نشان داد که قوی‌تر و سخت‌تر از برخی از انواع استخوان و سخت‌تر از آلیاژهای معمولی آلومینیوم است.

محققان همچنین از این ماده یک مدل دندان انسان در اندازه واقعی ساختند تا نشان دهند چگونه می‌توان روزی از آن برای تولید ایمپلنت‌های دندانی استفاده کرد.

در این بین، دانشمندان در تلاشند تا میزان انقباض کامپوزیت را با خشک شدن به حداقل برسانند. سپس برای ایجاد اشیاء بزرگ‌تر اقدام کنند.

به گفته محققین، با ایجاد کامپوزیت‌ها با CNC در بارگذاری بالا، می‌توانیم خواص مکانیکی به مواد مبتنی بر پلیمر بدهیم که قبلا هرگز نداشتند. اگر ما بتوانیم مقداری پلاستیک مبتنی بر نفت را با سلولز طبیعی جایگزین کنیم، مسلما برای سیاره نیز بهتر خواهد بود.

منبع: همشهری