Nový nanomateriál pod rastrovacím EM. Kredit: KTH Royal Institute of Technology.

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.

Daniel Söderberg. Kredit: KTH Royal Institute of Technology.

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.

KTH Royal Institute of Technology. Kredit: Jonas Bergsten.

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.