Basato su diverse materie prime disponibili in commercio (es. TiO2-mica, Fe2O3-mica), è possibile fabbricare una varietà di materiali strutturali bioispirati completamente naturali con colori diversi. Credito:GUAN Qingfang
La vita moderna dipende molto dalla plastica, anche se la loro produzione a base di petrolio crea serie sfide ambientali. L'industria attualmente non dispone di alternative sostenibili a causa delle sue proprietà meccaniche limitate o dei complessi processi di produzione. È quindi necessaria una strategia avanzata per progettare e produrre materiali strutturali sostenibili ad alte prestazioni.
Proprio un nuovo materiale bioispirato è ora disponibile per sostituire la plastica a base di petrolio. Un team guidato dal Prof. Shu-Hong Yu dell'Università di Scienza e Tecnologia della Cina (USTC) riporta un metodo per fabbricare materiali con struttura simile alla madreperla da fibra e mica derivate dal legno, con adattamento alla produzione di massa, buona lavorabilità, e colorazione sintonizzabile.
La madreperla naturale ha una struttura ordinata gerarchicamente a livelli multiscala, proprio come mattoni e malta, permettendogli di essere sia di forza che di tenacia. Ispirato dalla madreperla, i ricercatori imitano la struttura ordinata in mattoni e malta usando il TiO 2 micropiastrine rivestite di mica (TiO 2 -mica) e nanofibre di cellulosa (CNF) mediante il metodo di assemblaggio a deformazione direzionale proposto.
Questo metodo preme direttamente l'idrogel di TiO 2 -mica e CNF, mentre mantiene invariate le dimensioni sulle direzioni nel piano. Lo spessore dell'idrogel è drasticamente ridotto e i materiali sono costruiti direttamente con la struttura in mattoni e malta altamente ordinata.
Alla nanoscala, il TiO 2 nano-grani sulla superficie di TiO 2 -mica porta a un'efficiente dissipazione di energia per scorrimento per attrito durante TiO 2 -mica estraibile. Tutta la struttura ordinata gerarchicamente a livelli multiscala contribuisce alla ridistribuzione del carico e al miglioramento della tenacità.
Un prototipo di custodia per cellulare realizzato con questo materiale bioispirato. Grazie alla sua buona lavorabilità, il materiale può essere fabbricato nella forma e dimensione desiderate, mostrando un vasto potenziale per sostituire la plastica per applicazioni pratiche, Per esempio, supporto strutturale per dispositivi elettronici personali di fascia alta. Credito:GUAN Qingfang
Poiché il metodo di fabbricazione proposto, assemblaggio deformante direzionale, è efficace e scalabile, è possibile ottenere la produzione di massa di materiale strutturale bioispirato completamente naturale. Credito:GUAN Qingfang
I materiali ottenuti hanno un'ottima resistenza (~281 MPa) e tenacità (~11,5 MPa m1/2), che sono più di 2 volte superiori a quelli dei tecnopolimeri ad alte prestazioni (ad es. poliammidi, policarbonato aromatico), rendendolo un forte concorrente delle plastiche a base di petrolio.
Anche meglio, questi materiali si adattano a temperature che vanno da -130 °C a 250 °C, mentre le plastiche normali si ammorbidiscono facilmente ad alta temperatura. Perciò, tali materiali sono più sicuri e affidabili a temperature elevate o variabili.
