Skoro tak pěkně, jako když naši hokejisté ve čtvrtek večer rozsekali sbornou, tak i nový biomateriál z nanovláken celulózy porazil všechny stávající biomateriály v pevnosti. Už dlouho bylo na prvním místě v pevnosti biomateriálů pavoučí hedvábí. Evoluce vybavila pavouky schopností tvořit úžasný materiál, která jim umožňuje dělat s pavučinami pozoruhodné kousky.
Však se také vědci už dlouhou dobu snaží recept na pavoučí hedvábí okopírovat, napodobit a pokud možno i vylepšit. Přesto si ale přírodní pavoučí vlákno drželo hrdý titul nejpevnější přírodní materiál světa. Až doteď. Vědci švédské techniky KTH Royal Institute of Technology ve Stockholmu vyvinuli nový biomateriál, který připravil pavoučí hedvábí o prvenství. Jejich výzkum nedávno publikoval časopis ACS Nano.
Významnou roli při vývoji nového biomateriálu sehrálo dřevo. Je to jeden z nejodolnějších přírodních materiálů. To ale neznamená, že bychom ho nemohli vylepšit. Tým institutu KTH již dříve vyvinul vlákna dřeva pevná jako ocel a teď se dostali ještě dál. V obou případech se spolehli na nanovlákna celulózy (CNF). Právě taková vlákna zodpovídají za výtečné vlastnosti dřeva. Vyztužují stěny buněk tvořících dřevo a celý materiál tím zpevňují.
Šéf výzkumu Daniel Söderberg a jeho kolegové postupovali tak, že nanovlákna celulózy ze dřeva rozptýlili ve vodě, v kanálcích o průměru 1 milimetr. Použili k tomu deionizovanou vodu o nízkém pH, čili vodu kyselou. Docílili tak potřebného uspořádání nanovláken v těsných svazcích. Výsledný (bio)materiál je pevný, tuhý, velmi lehký a zároveň dost velký na to, aby se uplatnil v praktických aplikacích.
Podle Söderberga a spol. jde o rekordně pevný biomateriál. Je osmkrát tvrdší a také pevnější než přírodní pavoučí hedvábí. V pevnosti nový materiál předčí i kovy, slitiny nebo keramiku. Vyjádřeno čísly, tuhost biomateriálu v tahu činí 86 gigapascalů a pevnost v tahu 1,57 gigapascalů. I nejslabší jednotlivá vlákna tohoto materiálu překonávají v pevnosti veškerá doposud vytvořená vlákna z nanovláken celulózy.
Co s takovým (bio)materiálem? Bude prý skvělý pro výrobu pevný a zároveň velmi lehkých materiálů, například pro konstrukce letadel, automobilů, kol nebo nábytku. Vhodných aplikací se jistě najde celá řada.
Video: Renewable Fibres: Strong Cellulose Fibres and Composites
Literatura
KTH Royal Institute of Technology 9. 5. 2018, ACS Nano online 9. 5. 2018.
Vlákno, jež naslouchá i zní
Autor: Dagmar Gregorová (15.07.2010)
Jedovaté pavoučí vlákno
Autor: Josef Pazdera (24.11.2011)
Superodolná nanovlákna převratným konstrukčním materiálem
Autor: Stanislav Mihulka (06.05.2013)
Ďábelsky elastické vlákno z oxidu grafenu
Autor: Stanislav Mihulka (03.07.2014)
Dřevo namísto oceli nebo slitin?
Autor: Dagmar Gregorová (20.04.2018)
Diskuze:
Předpínací výztuž
Jiří Kocurek,2018-05-12 15:09:54
Pro srovnání uvedu vlastnosti předpínací výztuže používané ve stavebnictví. Modul pružnosti (v článku chybně nazván "tuhost v tahu") je 195 GPa. Mnohem důležitější veličina - pevnost v tahu je až 2160 MPa.
https://www.fce.vutbr.cz/BZK/svarickova.i/pdf/CL01/VYZTUZE.pdf
Materiál je to může být dobrý, ale že by výrazně převyšoval vlastnosti těch současných?
Re: Předpínací výztuž
Václav Dvořák,2018-05-13 18:02:46
I kdyby to bylo o něco slabší než ocel, furt je mnohem víc než hliník a lehčí. Na druhou stranu kvalitní karbon má kolem 5GPa, takže tady by to bylo tak 3-4x slabší, to je pravda ale neznám porovnání hmotnosti při stejné pevnosti, to by mělo taky svůj význam (třeba v aplikaci u těch kol).
Pro nábytek by to ale nejspíš bylo pevnější než cokoli, co se používá dnes, vyjma ocelového, který je ale těžký a nepříjemný na dotek kvůli tepelné vodivosti.
velmi nemravný návrh
Josef Hrncirik,2018-05-12 21:52:01
Nepostačuje ani pevnost grafenu 130 GPa. I když se uvažuje nižší hustota, je to stále cca 55x horší než bájná grafenová lana.
Do výtahu bych to necpal.
Náhrada za karbon?
Václav Dvořák,2018-05-11 20:28:12
Hlavně by to díky tuhosti nepraskalo a pokud se to dostane do běžného prodeje, tak to může být docela zajímavé na spoustu výrobků.
A byl by to asi ideální materiál pro kutila (náhrada za hliník a plast, případně i ocel, kde je potřeba pevnost). Tyče nebo desky prodávaný za normální ceny na metráž, to by byla úplná revoluce.
Re: Náhrada za karbon?
Josef Hrncirik,2018-05-12 21:59:54
Z uváděné podezřele vysoké pevnosti 1,57 GPa a modulu 86 GPa plyne podezřelá tažnost jen 1,8%.
Navíc jde asi jen o klamavou max. pevnost vláken. Ta však musí být spředena či zalaminována. Vlastnosti se asi jen blíží běžným skelným vláknům.
Voda to spolehlivě zbotná a změkčí.
Re: Re: Náhrada za karbon?
Václav Dvořák,2018-05-13 17:46:52
Asi máte pravdu, ale nábytek nebo třeba poličky běžně do vody nenamáčíme.
Podle mně je důležité to, že to na rozdíl od dnes populární dřevotřísky, může být bez nebezpečných změkčovadel typu formaldehyd, velmi lehké a tenké. A to, že se to ve vodě rozpadne jen usnadní případnou ekologickou likvidaci.
Co se týká třeba kol nebo dalších technických použití, předpokládám že to bude vždy natřené nebo opatřené nějakou horní voděodolnou vrstvou. To myslím není žádný problém, spíš opět výhoda z hlediska ekologické likvidace. Jediný potenciální problém bude teda v tom, jestli deklarované vlastnosti opravdu pak budou mít i průmyslové výrobky bez toho, že by se to muselo nějak draze zušlechťovat. Prostě. aby to mohli sekat jako baťa cvičky.
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
