Investigadores de la Universidad de Maryland descubrieron recientemente que el papel hecho de fibras de celulosa es más resistente y más fuerte cuanto más pequeñas se vuelven las fibras. Por mucho tiempo, Los ingenieros han buscado un material que sea a la vez fuerte (resistente a deformaciones irrecuperables) y tenaz (tolerante a daños).

"La fuerza y ​​la tenacidad suelen ser exclusivas entre sí, "dijo Teng Li, profesor asociado de ingeniería mecánica en la UMD. "Por ejemplo, un material más fuerte tiende a ser frágil, como hierro fundido o diamante ".

El equipo de UMD persiguió el desarrollo de un material fuerte y resistente mediante la exploración de las propiedades mecánicas de la celulosa, el bio-recurso renovable más abundante de la Tierra. Los investigadores fabricaron papeles con varios tamaños de fibras de celulosa, todas demasiado pequeñas para que el ojo las pudiera ver, con un tamaño que oscilaba entre los 30 micrómetros y los 10 nanómetros. El papel hecho de fibras de 10 nanómetros de espesor era 40 veces más resistente y 130 veces más resistente que el papel de cuaderno normal. que está hecho de fibras de celulosa mil veces más grandes.

"Estos hallazgos podrían conducir a una nueva clase de materiales de ingeniería de alto rendimiento que son fuertes y resistentes, un Santo Grial en el diseño de materiales, "dijo Li.

Los materiales a base de celulosa de alto rendimiento pero livianos podrían algún día reemplazar a los materiales estructurales convencionales (es decir, metales) en aplicaciones donde el peso es importante. Esto podría llevar por ejemplo, a vehículos más eficientes energéticamente y "ecológicos". Además, los miembros del equipo dicen, El nanopapel de celulosa transparente puede llegar a ser factible como sustrato funcional en la electrónica flexible, resultando en electrónica de papel, células solares imprimibles y pantallas flexibles que podrían cambiar radicalmente muchos aspectos de la vida diaria.

Las fibras de celulosa pueden formar fácilmente muchos enlaces de hidrógeno. Una vez roto los enlaces de hidrógeno pueden reformarse por sí mismos, lo que le da al material una cualidad de "autocuración". La UMD descubrió que cuanto más pequeñas son las fibras de celulosa, cuantos más enlaces de hidrógeno por área cuadrada. Esto significa que el papel hecho de fibras muy pequeñas puede mantenerse unido mejor y volver a formarse más rápidamente. que es la clave para que el nanopapel de celulosa sea fuerte y resistente.

"Es útil saber por qué el nanopapel de celulosa es fuerte y resistente, especialmente cuando la razón subyacente también es aplicable a muchos otros materiales, "dijo Liangbing Hu, profesor asistente de ciencia de los materiales en la UMD.

Para confirmar, los investigadores probaron un experimento similar usando nanotubos de carbono que eran similares en tamaño a las fibras de celulosa. Los nanotubos de carbono tenían enlaces mucho más débiles que los mantenían unidos, así que bajo tensión no se mantuvieron bien juntos. El papel hecho de nanotubos de carbono es débil, aunque individualmente los nanotubos son posiblemente el material más fuerte jamás fabricado.

Una posible dirección futura de la investigación es la mejora del rendimiento mecánico del papel de nanotubos de carbono.

"El papel hecho de una red de nanotubos de carbono es mucho más débil de lo esperado, "dijo Li." De hecho, Ha sido un gran desafío traducir las magníficas propiedades de los nanotubos de carbono a nanoescala a macroescala. Los resultados de nuestra investigación arrojan luz sobre un enfoque viable para abordar este desafío y lograr un papel de nanotubos de carbono que sea fuerte y resistente ".