Baserat på olika kommersiellt tillgängliga råvaror (t.ex. TiO2-glimmer, Fe2O3-glimmer), en mängd helt naturliga bioinspirerade strukturmaterial med olika färger kan tillverkas. Kredit:GUAN Qingfang
Det moderna livet är starkt beroende av plast, även om deras petroleumbaserade produktion skapar allvarliga miljöutmaningar. Industrin saknar för närvarande hållbara alternativ på grund av deras begränsade mekaniska egenskaper eller komplexa tillverkningsprocesser. En avancerad strategi för att designa och producera högpresterande hållbara konstruktionsmaterial behövs därför mycket.
Just ett sådant nytt bioinspirerat material finns nu tillgängligt för att ersätta petroleumbaserad plast. Ett team under ledning av professor Shu-Hong Yu från University of Science and Technology of China (USTC) rapporterar en metod för att tillverka material med liknande struktur som pärlemor från trähärledda fibrer och glimmer, med anpassning till massproduktion, god bearbetbarhet, och avstämbar färg.
Naturlig pärlemor har en hierarkiskt ordnad struktur på flerskalenivåer, precis som tegel och murbruk, gör det möjligt att ha både styrka och seghet. Inspirerad av pärlemor, forskarna efterliknar den beställda tegelstrukturen med hjälp av TiO 2 belagd glimmermikroplätt (TiO 2 -glimmer) och cellulosa nanofiber (CNF) med den föreslagna riktningsdeformerande monteringsmetoden.
Denna metod pressar direkt hydrogelen av TiO 2 -glimmer och CNF, medan storleken på riktningar i planet behålls oförändrad. Tjockleken på hydrogelen minskar dramatiskt och materialen är direkt konstruerade med den välordnade tegel-och-bruk-strukturen.
På nanoskala, TiO 2 nanokorn på ytan av TiO 2 -glimmer leder till effektiv energiavledning genom friktionsglidning under TiO 2 -glimmerutdrag. All hierarkiskt ordnad struktur på flerskalenivåer bidrar till lastomfördelningen och förbättringen av segheten.
Ett mobiltelefonfodral prototyp gjord av detta bioinspirerade material. Tack vare sin goda bearbetningsbarhet, materialet kan tillverkas till önskad form och storlek, visar en stor potential att ersätta plast för praktiska tillämpningar, till exempel, strukturellt stöd för avancerad personlig elektronisk enhet. Kredit:GUAN Qingfang
Eftersom den föreslagna tillverkningsmetoden, riktningsdeformerande montering, är effektiv och skalbar, massproduktion av helt naturligt bioinspirerat strukturmaterial kan uppnås. Kredit:GUAN Qingfang
De erhållna materialen har utmärkt hållfasthet (~281 MPa) och seghet (~11,5 MPa m1/2), som är mer än två gånger högre än de för högpresterande tekniska plaster (t.ex. polyamider, aromatiskt polykarbonat), vilket gör den till en stark konkurrent till petroleumbaserad plast.
Ännu bättre, dessa material anpassar sig till temperaturer från -130 °C till 250 °C, medan normal plast lätt mjuknar vid hög temperatur. Därför, sådana material är säkrare och mer tillförlitliga vid höga eller varierande temperaturer.
