Supersterke bacteriële cellulose-macrovezels, eenvoudig gemaakt met behulp van spanningsondersteunde twisttechniek

Bij een recente doorbraak hebben onderzoekers een eenstaps Tension-Assisted Twisting (TAT)-methode gebruikt om bacteriële cellulose (BC)-macrovezels te vervaardigen met uitzonderlijke sterkte en vochtgevoeligheid, waardoor de weg wordt vrijgemaakt voor milieuvriendelijke geavanceerde materialen. Het onderzoek is gepubliceerd in de Journal of Bioresources en Bioproducten.

In een aanzienlijke vooruitgang op het gebied van duurzame materialen heeft een team van internationale onderzoekers een nieuwe aanpak gerapporteerd voor het omzetten van bacteriële cellulose (BC) in macrovezels (MF’s) met opmerkelijke mechanische eigenschappen en het vermogen om snel te reageren op veranderingen in de luchtvochtigheid.

De studie, geleid door Yadong Zhao en Zheng Yang van de Zhejiang Ocean University, met bijdragen van onderzoekers van de Xi’an Jiaotong University en de Universiteit van Sydney, introduceert een gebruiksvriendelijke Tension-Assisted Twisting (TAT)-techniek om BC-nanovezels uit te lijnen. in MF’s met indrukwekkende treksterkte en elasticiteit.

De TAT-techniek rekt en lijnt BC-nanovezels uit die vooraf in hydrogelbuizen zijn gerangschikt, waardoor MF’s worden gevormd met compact geassembleerde structuren en verbeterde waterstofbinding tussen de vezels. Deze innovatie bereikt niet alleen een recordtreksterkte van 1.057 MPa, maar geeft de MF’s ook de mogelijkheid om snel te reageren op omgevingsvocht, waardoor torsie-actuatie wordt gegenereerd met een piekrotatiesnelheid van 884 omwentelingen per minuut per meter.

Het onderzoek toont aan dat de BC MF’s zoals ze zijn voorbereid uitzonderlijke hefcapaciteiten hebben, waarbij de dunste MF2-streng meer dan 340.000 keer zijn eigen gewicht kan tillen. Dit prestatieniveau is ongeëvenaard door de meeste MF’s op basis van cellulose, inclusief natuurlijke, geregenereerde en van nanocellulose afgeleide MF’s.

De op vochtigheid reagerende activering van de MF’s bleek snel en intens te zijn, waardoor ze ideaal zijn voor toepassingen die verder gaan dan actuatoren, zoals regenindicatoren op afstand, intelligente schakelaars en slimme gordijnen. Het vermogen van de vezels om te ontwarren bij blootstelling aan waterdamp en na het drogen naar hun oorspronkelijke staat terug te keren, toont hun potentieel aan voor gebruik in door vocht geactiveerde apparaten.

De studie concludeert dat de TAT-techniek een haalbare methode is voor de productie van hoogwaardige MF’s uit BC, en een weg biedt naar duurzame, zeer sterke en functionele macrovezels voor verschillende industrieën. Deze innovatie sluit aan bij de mondiale inspanningen op het gebied van ecologische duurzaamheid en de ontwikkeling van hernieuwbare materialen.