Onderzoekers ontwikkelen een extreem milieubestendig nanopapier

Met de diepgaande verkenning van extreme omgevingen zoals Antarctica, de maan en Mars, zijn frequent opkomende extreme omstandigheden, waaronder sterk ultraviolet (UV), atomaire zuurstof (AO) en hoge en lage temperatuurveranderingen, belangrijke obstakels geworden voor verdere verkenning.

Onder deze extreme omgevingen zijn de fysisch-chemische eigenschappen van materialen onderhevig aan veranderingen, wat kan leiden tot schade aan kritieke apparatuur en apparaten. Na lange tijd te zijn blootgesteld aan extreme omgevingen, worden de meeste van de huidige op polymeren gebaseerde composieten geconfronteerd met fatale problemen, zoals verweking bij hoge temperaturen en broosheid bij lage temperaturen. Daarom is het cruciaal voor onderzoekers om een ​​hoogwaardig beschermend materiaal te ontwerpen dat bestand is tegen extreme omgevingen.

Een team, geleid door Yu Shuhong van de University of Science and Technology of China (USTC) van de Chinese Academy of Science (CAS), ontwikkelde een hoogwaardig nanopapier op basis van cellulose dat onder extreme omstandigheden uitstekende mechanische en elektrische isolerende eigenschappen behoudt. Op basis van de aerosol-assisted biosynthese (AABS) -methode die eerder door dit team is ontwikkeld, werd het nanopapier gesynthetiseerd door bacteriële cellulose (BC) en synthetisch mica (S-Mica) te combineren. Dit werk is gepubliceerd in Geavanceerde materialen.

In dit werk gebruikten de onderzoekers de AABS-strategie om synthetische mica-nanosheets gelijkmatig in de samengestelde hydrogel met bacteriële cellulose te laden en verkregen vervolgens het uiteindelijke nanopapiermateriaal met een parelmoerachtige structuur door heet persen. Dankzij de “brick-and-mortar” microstructuur van het nanopapier vertoont het een hoge treksterkte (375 MPa), een hoge modulus (14,9 GPa) en een hoge taaiheid (16,44 Mj m^-3), evenals uitstekende mechanische eigenschappen, waaronder uitstekende vouwbaarheid en buigweerstand.

Bovendien profiteert de “brick-and-mortar”-structuur in het materiaal ten volle van de hoge diëlektrische sterkte van S-mica, waardoor het nanopapier een opmerkelijke elektrische doorslagsterkte krijgt (145,7 kV mm^-1). Vergeleken met puur BC-nanopapier is de levensduur van BC/S-Mica-nanopapier aanzienlijk verbeterd, zelfs beter dan die van commerciële polyimide (PI)-films.

Dit BC/S-Mica-nanopapier vertoont uitstekende prestaties onder extreme omstandigheden van UV, AO en hoge en lage temperatuurveranderingen, wat een ideaal beschermend materiaal biedt voor toekomstige verkenning van extreme omgevingen.