Forskare från University of Manchester har kombinerat grafen med naturfiberjute, att skapa världens första för grafenförstärkta naturliga jutefiberkompositer.

Genombrottet kan leda till tillverkning av högpresterande och miljövänliga naturfiberkompositer som kan ersätta deras syntetiska motsvarigheter i större tillverkningsområden, som bilindustrin, skeppsbyggnad, hållbara vindkraftsblad och lågkostnadshus.

Det kan också stärka jordbruksekonomierna i länder som Bangladesh, Indien, och Kina – där jutematerialet huvudsakligen tillverkas – hävdar forskarna från The University of Manchester.

Universitetet är hem för National Graphene Institute och Graphene Engineering Innovation Centre som tillhandahåller en oöverträffad kritisk massa av grafenexpertis. De två anläggningarna visar Manchesters position som en globalt ledande kunskapsbas inom grafenforskning och kommersialisering.

Jute utvinns från barken från den vita juteväxten (Corchorus capsularis) och är en 100 procent biologiskt nedbrytbar, återvinningsbar och miljövänlig naturfiber. Det är också den näst mest producerade naturfibern i världen – efter bomull – och är minst 50 procent billigare än lin och andra liknande naturfibrer.

Detta gör det extremt tilltalande för olika industrisektorer som vill skapa en billigare, miljövänligare alternativ till syntetiska kompositer. Det är därför naturliga fiberkompositer väcker stort intresse på grund av potentialen att minska koldioxidavtrycket genom att ersätta syntetiskt framställda material, som glasfiber, vilket kostar mer och kan vara skadligt för planeten.

Forkan Sarker, en Commonwealth Scholarship-mottagare för Bangladesh, har utfört experimenten och analysen av data för denna studie, och publikationen som visar att grafen kan vara kritisk är tillgänglig online.

Professor Prasad Potluri, Forskningschef, North West Composites Center sa:"Forkan Sarker, gick med i min grupp i syfte att arbeta med ett doktorandproblem som är relevant för hans lands ekonomi.

"Detta är ett exempel på en klok kombination av lågt värde, kolneutrala råvarufibrer med en extremt liten volymandel av högvärdigt grafen för att skapa ett materialsystem som kan ersätta energikrävande kol- och glasfibrer i ett antal lätta strukturella tillämpningar."

Trots deras miljömässiga meriter, naturfiberkompositer lider av dåliga mekaniska och gränssnittsegenskaper, vilket betyder att de inte är tillräckligt starka för vissa industriella tillämpningar. Det är därför som forskare från University of Manchesters National Graphene Institute (NGI) och Robotics and Textile Composites Group har arbetat med ett samarbetsprojekt och belagt jutefibrer med grafenoxid och grafenflingor för att förbättra dess styrka.

Resultaten har varit extremt positiva och visar att jutefibrerna med en grafenbeläggning har en förbättrad skjuvhållfasthet i gränsytan med cirka 200 procent, med böjhållfasthet som ökar med nästan 100 procent jämfört med de obehandlade fibrerna.

Dr Nazmul Karim, Knowledge Exchange Fellow (Graphene) vid National Graphene Institute, sa:"Vi har arbetat med grafen och andra 2D-materialbaserade naturfibrer i flera år i Prof Novoselovs grupp. Det är fantastiskt att omsätta den erfarenheten till att utveckla högpresterande naturfiberkompositer".

Dr Karim, som också kom på idén och designade experimenten med att införliva grafen på jute, lade till:"Jute, en gång känd som "de gyllene fibrerna i Bangladesh, förlorade sin glasyr på 1980-talet efter att syntetiska material som polyeten och plast introducerades. Dock, med växande miljöbekymmer med plast, användningen av naturliga fibrer som jute ökar igen.

"Dessutom, användningen av jute i bilinteriörer av globala biljättar har ökat snabbt med en nuvarande efterfrågan på 100, 000 ton per år. Jag tror att våra grafenbaserade jutefibrer kan spela en mycket viktig roll för att möta den växande efterfrågan på mer miljövänliga produkter för olika industrier."