Teóricamente La nanocelulosa podría ser el próximo supermaterial caliente.

Una clase de materiales biológicos que se encuentran en numerosos sistemas naturales, más notablemente árboles, Los nanocristales de celulosa han captado la atención de los investigadores por su extrema fuerza, tenacidad, peso ligero y elasticidad. Los materiales son tan fuertes y resistentes, De hecho, que mucha gente piensa que podría reemplazar el Kevlar en chalecos balísticos y cascos de combate para militares. A diferencia de su material de origen (madera), Los nanocristales de celulosa son transparentes. haciéndolos candidatos interesantes para gafas protectoras, ventanas o pantallas.

Aunque hay mucho entusiasmo en torno a la idea de materiales a base de nanocelulosa, la realidad a menudo fracasa.

"Es difícil hacer que estas propiedades teóricas se materialicen en experimentos, ", dijo Sinan Keten de Northwestern Engineering." Los investigadores fabricarán materiales compuestos con nanocelulosa y descubrirán que no cumplen con la teoría ".

Keten, un profesor asistente de mecánica, civil, e ingeniería ambiental en la Escuela de Ingeniería McCormick de la Universidad Northwestern, y su equipo están acercando al mundo un paso más hacia un enfoque de materiales por diseño para desarrollar nanocompuestos con celulosa. Han desarrollado una novela, marco computacional multiescala que explica por qué estos experimentos no producen el material ideal y propone soluciones para solucionar estas deficiencias, específicamente modificando la química de la superficie de los nanocristales de celulosa para lograr un mayor enlace de hidrógeno con los polímeros.

Apoyado por la Oficina de Investigación del Ejército y el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología, la investigación aparece en la edición de septiembre de Nano letras . Xin Qin y Wenjie Xia, estudiantes graduados en el laboratorio de Keten, son co-primeros autores del artículo. Robert Sinko, otro graduado en el laboratorio de Keten, también contribuyó al estudio.

Encontrado dentro de las paredes celulares de madera, Los nanocristales de celulosa son un candidato ideal para los nanocompuestos de polímeros, materiales en los que una matriz de polímero sintético está incrustada con partículas de relleno a nanoescala. Los nanocompuestos son rellenos sintéticos de fabricación común, como la sílice, arcilla, o negro de humo, y se utilizan en una gran variedad de aplicaciones que van desde neumáticos hasta biomateriales.

"Los nanocristales de celulosa son una alternativa atractiva porque son naturalmente biodisponibles, renovable no tóxico, y relativamente económico, ", Dijo Keten." Y se pueden extraer fácilmente de los subproductos de pulpa de madera de la industria del papel ".

Surgen problemas, sin embargo, cuando los investigadores intentan combinar las partículas de relleno de nanocelulosa con la matriz de polímero. El campo no ha comprendido cómo la cantidad de relleno afecta las propiedades generales del compuesto, así como la naturaleza de las interacciones a nanoescala entre la matriz y el relleno.

La solución de Keten mejora esta comprensión al centrarse en las escalas de longitud de los materiales en lugar de la naturaleza de los materiales en sí. Al comprender qué factores influyen en las propiedades a escala atómica, Su enfoque computacional puede predecir las propiedades del nanocompuesto a medida que aumenta de tamaño, con una mínima necesidad de experimentación.

"En lugar de simplemente producir un material y luego probarlo para ver cuáles son sus propiedades, en su lugar, ajustamos estratégicamente los parámetros de diseño para desarrollar materiales con una propiedad específica en mente, "Dijo Sinko." Cuando estás ecualizando música, puedes girar las perillas para ajustar los graves, triplicar, etc. para producir el sonido deseado. En materiales por diseño, de forma similar, podemos 'girar los mandos' de parámetros específicos para ajustar las propiedades resultantes ".