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    Può questo parassita esotico invasivo creare materiali migliori per l'industria e la medicina?

    Sebbene poco appetitoso in questa ripresa di laboratorio, queste creature sono già utilizzate per molti altri scopi, anche come ingrediente della cucina asiatica. Credito:Johan Foster

    I ricercatori del National Institute of Standards and Technology (NIST) hanno combinato i derivati ​​di due materiali in eccedenza - polpa di legno e pezzi essiccati di un parassita esotico invasivo - per formare un nuovo materiale composito flessibile, sostenibile, atossico e riflettente ai raggi UV. Il materiale, descritto in un nuovo articolo pubblicato in Materiali funzionali avanzati , potrebbe presto essere utilizzato in un'ampia varietà di applicazioni, compreso l'imballaggio alimentare, dispositivi biomedici, costruzione di edifici e la progettazione di automobili, camion e barche.

    La chiave di questo improbabile connubio tra legno e parassiti è un motivo chiamato "struttura Bouligand, " in cui le molecole si accumulano in una forma contorta, simili a minuscole scale a chiocciola. Gli scienziati hanno appreso che la struttura di Bouligand fornisce un certo tipo di resilienza alla fessurazione; la forza di un impatto è guidata da quei piccoli, nanodimensionato, curve e svolte simili a scale attraverso una serie di deviazioni. Piuttosto che sfondare direttamente, l'energia di un urto o urto viene così deviata attraverso una sorta di percorso tortuoso, lasciando il materiale complessivo intatto e funzionale.

    Mentre il legno non ha una struttura Bouligand naturale, ha attratto scienziati per decenni, in parte perché c'è un'ampia scorta di materiale residuo dopo la lavorazione della carta e del legname commerciale.

    "L'idea di realizzare prodotti utili con la pasta di legno ha incuriosito a lungo molte persone in molti settori diversi, "dice Jeff Gilman, che guida il team di progetto compositi al NIST.

    Lavando quella polpa con acido per rimuoverne la lignina e la cellulosa amorfa, gli scienziati hanno scoperto diversi anni fa di poter creare una soluzione lattiginosa che alla fine si è asciugata per formare un nuovo materiale con una struttura di Bouligand. Il componente chiave di questa soluzione erano minuscoli bastoncini cristallini di cellulosa, noti come nanocristalli di cellulosa o nanocellulosa. Però, da soli, i film di Bouligand derivati ​​dalla polpa sono fragili e non resistono molto.

    I ricercatori dimostrano la piegatura della pasta di legno senza l'aggiunta di tunicato. Credito: B. Natarajan/NIST

    Il team del NIST ha ipotizzato che combinando le corte bacchette di nanocellulosa derivate dal legno con un altro materiale naturale con bacchette cristalline più lunghe si otterrebbe qualcosa di nuovo che sarebbe incredibilmente forte e flessibile. Con opportuni additivi, questo nuovo materiale potrebbe essere utilizzato per creare film che potrebbero rallentare la diffusione dell'acqua e dell'ossigeno.

    "Il prodotto giusto, se sviluppato, potrebbe essere utilizzato in qualsiasi cosa, dai compositi aerospaziali agli imballaggi che manterrebbero il cibo fresco, " ha detto Gilman.

    Un'opzione per il nuovo materiale composito:le carcasse di una creatura acquatica essiccata chiamata tunicato, considerata un parassita in alcuni paesi e una deliziosa delizia in altri.

    In molte parti dell'Asia, le brune creature acquatiche ( Styela clava ) sono spesso cotti e serviti in salse piccanti. Ma senza predatori naturali presenti per mangiarli in nuovi ambienti, le loro popolazioni iniziano a crescere in numeri super abbondanti che alla fine intasano i motori delle barche e gli attrezzi da pesca, sbaragliare i pesci autoctoni, ridurre le popolazioni sane di plancton e sporcare e rovinare i banchi di molluschi produttivi. Alcuni manager ambientali pensano che trovare un modo per rimuoverli e utilizzarli come risorsa potrebbe servire a uno scopo benefico. La loro raccolta è un'opzione. Come un'ostrica, l'interno di un tunicato è considerato il pezzo saporito. L'esterno di solito viene semplicemente buttato via, il che significa che potrebbe esserci una fonte pronta per questo materiale nelle aree in cui vengono spesso cotti.

    I ricercatori dimostrano la piegatura della pasta di legno con l'aggiunta del 5% di tunicato. Credito: B. Natarajan/NIST

    Ciò che ha particolarmente incuriosito i ricercatori del NIST, però, era la struttura interna del tunicato, che è stato fatto di molto lungo, nanocellulosa altamente cristallina. Questi erano diversi dai cristalli più corti trovati nel legno.

    "I tunicati si sono affermati come il gold standard per le loro proprietà fisiche, ", ha affermato Johan Foster della Virginia Tech University, che è una delle poche squadre che lavorano alla raccolta del tunicato e alla ricerca in tutto il mondo. Foster ha raccolto e fornito i tunicati per il progetto NIST da un molo nella Francia occidentale, dove gli animali sono considerati una specie fastidiosa.

    Alcuni scienziati avevano ipotizzato che un composito composto interamente da nanocellulosa di tunicato cristallino lungo sarebbe stato incredibilmente forte e resistente. Però, testando materiali compositi misti tunicato/legno essiccati, l'autore principale Bharath Natarajan è stato in grado di identificare il punto esatto di maggiore durezza.

    "Se metti un po' di tunicato nel composto di pasta di legno, lo rende un po' più rigido, e non si rompe più velocemente e diventa più flessibile, " Natarajan ha detto. "Metti dentro il 10 percento ed è due volte più forte. Se la tua miscela è composta per il 30 percento di tunicato e per il 70 percento di pasta di legno, il composito risultante è 15-20 volte più duro. Ma dopo, davvero non vedi un miglioramento nella forza, e c'è una riduzione della tenacità."

    I ricercatori dimostrano la piegatura della pasta di legno con l'aggiunta del 30% di tunicato. Credito: B. Natarajan/NIST

    I tunicati sono abbondanti, ma rimangono costosi da elaborare, quindi sapere esattamente quanto aggiungere è la chiave per aumentare il loro utilizzo in futuro, e per mantenere i prodotti risultanti a prezzi accessibili.

    L'aggiunta dei tunicati ha anche causato la torsione dei nanocristalli in un modo diverso e ha accelerato la formazione della struttura nella pasta di legno. Ha anche formato uno schema più stretto e più denso, rendendo il nuovo materiale composito UV riflettente.

    "Molti materiali iniziano a degradarsi se esposti al sole per lungo tempo, " ha affermato Gilman. "Questo materiale potrebbe essere potenzialmente utilizzato come rivestimento su altre superfici per riflettere la luce e prolungare la durata".

    Negli anni a venire, Natarajan e il suo team continueranno a testare i modi in cui la loro nuova miscela di pasta di legno tunicato potrebbe essere utilizzata per produrre resilienti, compositi flessibili e riflettenti UV da utilizzare nella produzione di materiali sostenibili, automobili leggere e veicoli aerospaziali, tra gli altri prodotti.

    Questa storia è ripubblicata per gentile concessione del NIST. Leggi la storia originale qui.




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