Forskare i Sverige har tagit fram ett biobaserat material som rapporteras överträffa styrkan hos alla kända biobaserade material, oavsett om det är tillverkat eller naturligt, inklusive trä och spindelsilke.

Arbeta med cellulosananofibrer (CNF), den väsentliga byggstenen av trä och annat växtliv, forskarna rapporterar att de har övervunnit svårigheten att översätta de otroliga mekaniska egenskaperna hos dessa nanofibrer till större, lätta material för användning i flygplan, bilar, möbler och andra produkter.

"De biobaserade nanocellulosafibrerna som tillverkas här är 8 gånger styvare och har högre styrkor än naturliga dragline spindelfibrer, allmänt anses vara det starkaste biobaserade materialet, "säger motsvarande författare Daniel Söderberg, forskare vid KTH Royal Institute of Technology. "Den specifika styrkan överstiger metallens, legeringar, keramik och E-glasfibrer. "

Publicerad i tidskriften American Chemical Society ( ACS Nano ), studien beskriver en ny metod som efterliknar naturens förmåga att arrangera cellulosananofibrer i nästan perfekta makroskalarrangemang.

De rapporterade framstegen är resultatet av utvecklingen av insikter om hur fysiken styr struktureringen av komponenter, såsom CNF, på nanoskala under tillverkning.

Denna förståelse möjliggjorde en ny process, vilket innebär att flödet av nanofibrer suspenderas i vatten i en 1 mm bred kanal fräst i rostfritt stål. Anslutande flöden av avjoniserat vatten och vatten med lågt pH hjälper till att anpassa nanofibrerna i rätt riktning och gör det möjligt för de supramolekylära interaktionerna mellan CNF:er att organisera sig till ett välpackat tillstånd där de förenas.

"Denna upptäckt möjliggörs genom att förstå och kontrollera de grundläggande parametrarna som är väsentliga för perfekt nanostrukturering, såsom partikelstorlek, interaktioner, inriktning, diffusion, nätverksbildning och montering, Säger Söderberg.

Söderberg säger att studien öppnar vägen för att utveckla nanofibermaterial som kan användas för större konstruktioner samtidigt som nanofibrernas draghållfasthet och förmåga att motstå mekanisk belastning bibehålls. Processen kan också användas för att kontrollera nanoskala-montering av kolrör och andra fibrer i nanostorlek.

Mätningar av materialet rapporterades för dragstyvhet, 86 gigapascal (GPa), och för draghållfasthet, 1,57 GPa.