La plastica ci dà un peso leggero, materiale resistente ed economico da usare, ma ha anche causato l'apocalisse di plastica. Gran parte dei rifiuti di plastica non riciclati finisce nell'oceano, L'ultimo lavandino della Terra. Distrutto dalle onde, la luce del sole e gli animali marini, un singolo sacchetto di plastica può diventare 1,75 milioni di frammenti di microplastica. Quelle microplastiche potrebbero finalmente finire nei nostri corpi attraverso il pesce che mangiamo o l'acqua che beviamo.

Durante l'evoluzione a lungo termine della maggior parte delle piante sulla terra, i materiali a base di cellulosa sono stati sviluppati come propri materiali di supporto strutturale. La cellulosa nelle piante esiste principalmente sotto forma di nanofibre di cellulosa (CNF), che hanno ottime proprietà meccaniche e termiche. CNF, che possono essere derivati ​​da piante o prodotti da batteri, è una delle risorse completamente verdi più abbondanti sulla Terra. CNF è un elemento costitutivo su scala nanometrica ideale per la costruzione di materiali macroscopici ad alte prestazioni, poiché ha una resistenza (2 GPa) e un modulo (138 GPa) più elevati rispetto a Kevlar e acciaio e un coefficiente di dilatazione termica inferiore (0,1 ppm K ^-1 ) rispetto al vetro di silice. Sulla base di questo elemento costitutivo a base biologica e biodegradabile, la costruzione di materiali strutturali sostenibili e ad alte prestazioni promuoverà notevolmente la sostituzione della plastica e ci aiuterà a evitare l'apocalisse della plastica.

Oggi, un team guidato dal Prof. Shu-Hong Yu dell'Università della Scienza e della Tecnologia della Cina (USTC) riporta un materiale strutturale sostenibile ad alte prestazioni chiamato lastra di nanofibre di cellulosa (CNFP) (Fig. 1a e c) che è costruito da bio- basato su CNF (Fig. 1b) e pronto a sostituire la plastica in molti campi. CNFP ha un'elevata forza specifica (~198 MPa/(Mg m ^-3 ))—quattro volte superiore a quello dell'acciaio e superiore a quello della plastica tradizionale e della lega di alluminio. Inoltre, CNFP ha una resilienza specifica più elevata (~67 kJ m ^-2 /(Mg m ^-3 )) rispetto alla lega di alluminio e solo metà della sua densità (1,35 g cm ^-3 ).

A differenza della plastica o di altri materiali a base di polimeri, CNFP mostra un'eccellente resistenza a temperature estreme e shock termici. Il coefficiente di espansione termica di CNFP è inferiore a 5 ppm K-1 da -120 °C a 150 °C, che si avvicina ai materiali ceramici, molto inferiore rispetto ai polimeri e ai metalli tipici. Inoltre, dopo 10 tempi di rapido shock termico tra un forno a 120 °C e i -196 °C di azoto liquido, CNFP mantiene la sua forza. Questi risultati mostrano la sua eccezionale stabilità dimensionale termica, che consente al CNFP di avere un grande potenziale per l'uso come materiale strutturale a temperature estreme e raffreddamento e riscaldamento alternati. Grazie alla sua vasta gamma di materie prime e al processo di sintesi bio-assistita, CNFP è un materiale a basso costo:solo $ 0,5/kg, che è inferiore alla maggior parte della plastica. A bassa densità, eccezionale forza e tenacità, e grande stabilità dimensionale termica, tutte quelle proprietà del CNFP superano quelle dei metalli tradizionali, ceramiche e polimeri (Fig. 1d ed e), rendendolo un'alternativa ad alte prestazioni e rispettosa dell'ambiente per l'ingegneria, soprattutto per applicazioni aerospaziali.

Il CNFP non solo ha il potere di sostituire la plastica e ci salva dall'annegarci, ma ha anche un grande potenziale come la prossima generazione di materiale strutturale sostenibile e leggero.

Lo studio è riportato in Progressi scientifici .