Целлюлозные нанокристаллы — «зеленая» альтернатива графену

Мельчайшие кристаллы целлюлозы, обеспечивающие высокую прочность, гибкость и небольшой вес деревьям, являются потенциальной экологичной альтернативой углеродным нанотрубкам, в качестве материала для армирования полимеров, бетона и пр.

Эти нанокристаллы имеют длину около 500 и поперечник 3 нм, что делает их весьма сложным объектом для изучения световыми микроскопами и измерения лабораторными инструментами. Поэтому, прорывом стала работа, выполненная в Университете Пердью, где прочностные характеристики целлюлозных кристаллов впервые удалось прогнозировать на основании квантовой теории.

Как сообщается в декабрьском номере журнала Cellulose, вычисления, производившиеся с использованием точной модели атомной структуры целлюлозы, показали, что такие кристаллы имеют жесткость 206 ГПа, и сопоставимы по этой характеристике со сталью.

В отличие от углеродных материалов малых размерностей, для получения целлюлозных нанокристаллов нет нужды организовывать сложное производство. Источниками целлюлозы могут быть деревья, прочие растения, водоросли и даже микроорганизмы, создающие из нее защитную паутину. Подобные композитные биоматериалы могут стать побочным продуктом бумажной или биотопливной промышленности. Немаловажными их достоинствами являются широкая распространенность, дешевизна, абсолютная биоразлагаемость и нейтральность с точки зрения выброса углерода в атмосферу.

Многие научные коллективы в настоящее время рассматривают возможности применения целлюлозных композитов в медицинских и электронных устройствах: в качестве структурных компонентов гибких батарей из электропроводящей бумаги, гибких и прозрачных дисплеев, новых типов сенсоров и компьютерной памяти.