Kemik Kadar Sert ve Alüminyum Kadar Sert MIT’nin Yeni Bitki Türevli Malzemesi
Fotoğraf 1 : IT’deki bir ekip tarafından tasarlanan yeni bir odunsu kompozit, kemik kadar sağlam ve alüminyum kadar sert ve doğal olarak türetilen plastiklerin önünü açabilir. Bu görüntü, ahşap hücrelerin bir arka planına dayanan ekip tarafından basılmış bir dişi göstermektedir.
Malzeme, Sürdürülebili Plastiklerin Önünü Açabilir
Bir ağacın en güçlü bölgesi gövdesi ya da yayılan köklerinde değil, mikroskobik hücrelerinin duvarlarında bulunur.Tek bir ahşap hücre duvarı, doğanın en bol polimeri ve tüm bitki ve alglerin ana yapısal bileşeni olan selüloz liflerinden yapılmıştır. Her bir fiberin içinde, neredeyse mükemmel kristal modellerinde düzenlenmiş organik polimer zincirleri olan takviye edici selüloz nanokristalleri veya CNC’ler bulunur. Nano ölçekte, CNC’ler Kevlar’dan daha güçlü ve daha serttir. Kristaller, önemli oranlarda malzemelere dönüştürülebilirse, CNC’ler daha güçlü, daha sürdürülebilir, doğal olarak türetilmiş plastiklere giden bir yol olabilir.
Şimdi, bir MIT ekibi, bir miktar sentetik polimerle karıştırılmış, çoğunlukla selüloz nanokristallerinden yapılmış bir kompozit tasarladı. Bu kristaller, malzemenin yaklaşık yüzde 60 ila 90’ını kapladı.(Bugüne kadar bir kompozitte elde edilen en yüksek CNC oranı.)
Fotoğraf 2 : Ekip, hem 3D baskı hem de geleneksel döküm kullanarak üretebilecekleri CNC tabanlı kompozit için bir reçete buldu.
Araştırmacılar, selüloz bazlı kompozitin bazı kemik türlerinden daha güçlü ve daha sert olduğunu ve tipik alüminyum alaşımlarından daha sert olduğunu buldu. Malzeme, bazı yumuşakçaların sert iç kabuk astarı olan sedefi andıran bir tuğla-harç mikro yapısına sahiptir.
Ekip, hem 3D baskı hem de geleneksel döküm kullanarak üretebilecekleri CNC tabanlı kompozit için bir reçete buldu. Kompoziti bastı ve malzemenin gücünü ve sertliğini test etmek için kullandıkları kuruş büyüklüğünde film parçalarına döktüler. Ayrıca kompoziti, bir gün malzemenin daha güçlü, daha sert ve daha sürdürülebilir olan selüloz bazlı diş implantları yapmak için kullanılabileceğini göstermek için bir diş şekline dönüştürdüler.
Makine mühendisliği profesörü A. John Hart, “Yüksek yüklemede CNC’lerle kompozitler oluşturarak, polimer bazlı malzemelere daha önce hiç sahip olmadıkları mekanik özellikler kazandırabiliriz. Petrol bazlı bir plastiği doğal olarak türetilmiş selülozla değiştirebilirsek, bu gezegen için de tartışmasız daha iyi.”
Jel Bağları
Her yıl, bitkilerin kabuğundan, odunundan veya yapraklarından 10 milyar tondan fazla selüloz sentezlenir. Bu selülozun çoğu kağıt ve tekstil üretiminde kullanılırken, bir kısmı gıda kıvamlaştırıcılarında ve kozmetik ürünlerinde kullanılmak üzere toz haline getirilir.
Son yıllarda bilim adamları, asit hidrolizi yoluyla selüloz liflerinden ekstrakte edilebilen selüloz nanokristallerinin kullanımlarını araştırdılar. Olağanüstü güçlü kristaller, polimer bazlı malzemelerde doğal takviye olarak kullanılabilir. Ancak, kristaller topaklanma eğiliminde olduğundan ve polimer molekülleriyle yalnızca zayıf bir şekilde bağlandığından, araştırmacılar CNC’lerin yalnızca düşük fraksiyonlarını dahil edebildiler.
Fotoğraf 3 : Ekip, malzemenin bir gün daha güçlü, daha sert ve daha sürdürülebilir olan ahşaptan türetilen diş implantları – ve bu nedenle herhangi bir plastik ürün – yapmak için kullanılabileceğini göstermek için kompoziti bir diş şeklinde şekillendirdi.
Hart ve meslektaşları, güçlü ve dayanıklı formlar oluşturabilecek yüksek oranda CNC içeren bir kompozit geliştirmeye çalıştılar. Sentetik polimer çözeltisini ticari olarak temin edilebilen CNC tozuyla karıştırdılar. Ekip, çözeltiyi bir jele dönüştürecek CNC ve polimer oranını, bir 3 D yazıcının memesinden beslenebilecek veya dökülecek bir kalıba dökülebilecek bir kıvamda belirledi. Jeldeki herhangi bir selüloz yığınını parçalamak için ultrasonik bir sonda kullandılar, bu da dağılmış selülozun polimer molekülleri ile güçlü bağlar oluşturmasını daha olası hale getirdi.
Jelin bir kısmını 3D yazıcıdan beslediler ve kalanını dökülecek bir kalıba döktüler. Daha sonra yazdırılan örnekleri kurumaya bıraktılar. Bu süreçte, malzeme küçülerek geride esas olarak selüloz nanokristallerden oluşan katı bir bileşik bıraktı.
Sert çatlaklar
İlginç bir şekilde, ekip kompozitin yapısını mikroskop altında incelediğinde, selüloz tanelerinin sedef mimarisine benzer bir tuğla-harç desenine yerleştiğini gözlemlediler. Sedefte, bu zikzak mikro yapı, bir çatlağın malzemenin içinden geçmesini engeller. Araştırmacılar, yeni selüloz kompozitlerinde de durumun böyle olduğunu buldular.
Önce nano ve ardından mikro ölçekli çatlakları başlatmak için araçlar kullanarak malzemenin çatlaklara karşı direncini test ettiler. Çoklu ölçeklerde, kompozitin selüloz taneleri düzenlemesinin, çatlakların malzemeyi ayırmasını engellediğini buldular. Plastik deformasyona karşı bu direnç, kompozite geleneksel plastikler ve metaller arasındaki sınırda bir sertlik ve sertlik verir.
Araştırmacılar, ileriye dönük olarak jellerin kurudukça büzülmesini en aza indirmenin yollarını arıyor. Küçük nesneleri yazdırırken büzülme pek sorun olmasa da, kompozit kurudukça daha büyük olan herhangi bir şey bükülebilir veya çatlayabilir.
Rao, “Büzülmeyi önleyebilirse, ölçeklendirmeye devam edebilir, belki de metre ölçeğine kadar”diyor.”. Plastiğin önemli bir kısmını selüloz kompozitlerle değiştirebileceğine değindi.
Kaynak. scitechdaily.com
