یک ترکیب گیاهی که مانند استخوان سفت است!
پژوهشگران ˮدانشگاه ام آی تیˮ، یک ترکیب گیاهی ابداع نموده اند که به اندازه استخوان سفت است و شاید در آینده بتوان از آن در ایمپلنت دندان استفاده نمود.
به گزارش نهایت علم به نقل از ایسنا و به نقل از ام آی تی نیوز، قوی ترین قسمت درخت، در تنه یا ریشه های پراکنده آن نیست؛ بلکه در دیواره سلول های میکروسکوپی آن نهفته است.
دیواره یک سلول چوب، از الیاف سلولزی تولید شده است که فراوان ترین پلیمر طبیعت و مولفه اصلی ساختار همه گیاهان و جلبک ها محسوب می شود. درون هر کدام از الیاف، نانوبلورهای سلولز وجود دارند که زنجیره ای از پلیمرهای آلی هستند که در الگوهای بلوری حدودا کاملی چیده شده اند. این نانو بلورها در مقیاس نانو، قوی تر و سفت تر از الیاف موسوم به "کولار"(Kevlar) هستند. اگر بتوان نانوبلورهای سلولز را در بخش های قابل توجهی به مواد تبدیل کرد، آنها می توانند راهی به سمت ابداع پلاستیک های قوی تر، پایدارتر و به دست آمده از طبیعت باشند.
حالا، پژوهشگران "دانشگاه ام آی تی"(MIT)، ترکیبی را مهندسی کرده اند که از مخلوط کردن نانوبلورهای سلولز با مقداری پلیمر مصنوعی تولید شده است. بلورهای آلی، حدود ۶۰ تا ۹۰ درصد از این ماده را می سازند که تا به امروز، بالاترین میزان از نانوبلورهای سلولزی موجود در یک ترکیب بوده است.
پژوهشگران دریافتند که این ترکیب مبتنی بر سلولز از برخی انواع استخوان، قوی تر و از آلیاژهای آلومینیوم معمولی، سفت تر است. ساختار این ماده، به پوشش داخلی پوسته سفت تعدادی از نرم تنان شبیه است.
این گروه پژوهشی، دستورالعملی را برای ترکیب مبتنی بر نانوبلورهای سلولزی ارائه کردند که می توان آنها را با بهره گیری از چاپ سه بعدی و ریخته گری معمولی ساخت.
آنها ترکیب را چاپ کردند و استواری و سفتی آنرا مورد بررسی قرار دادند. همچنین، آنها کامپوزیت را به شکل دندان درآوردند تا نشان دهند که این ماده ممکنست روزی برای ساخت ایمپلنت های دندان مبتنی بر سلولز و در این مورد، هر محصول پلاستیکی قوی تر، سفت تر و پایدارتر استفاده گردد.
"جان هارت"(John Hart)، استاد مهندسی مکانیک دانشگاه ام آی تی اظهار داشت: با ایجاد این ترکیب می توانیم به مواد مبتنی بر پلیمر، خواص مکانیکی بدهیم که پیش تر هیچ گاه نداشتند. اگر بتوانیم مقداری پلاستیک مبتنی بر نفت را با سلولز طبیعی جایگزین نماییم، مسلما برای سیاره زمین نیز بهتر خواهد بود.
سالانه بیش از ۱۰ میلیارد تن سلولز از پوست، چوب یا برگ گیاهان تولید می شود. بیشتر این سلولزها برای تولید کاغذ و منسوجات مورد استفاده قرار می گیرند و قسمتی از آنها نیز به پودری تبدیل می شوند که در غلیظ کننده های مواد غذایی و لوازم آرایشی به کار می رود.
دانشمندان در سالهای اخیر، کاربرد نانوبلورهای سلولز را بررسی نموده اند که می توان آنها را از الیاف سلولز استخراج کرد. بلورهای فوق العاده قوی را می توان بعنوان تقویت کننده های طبیعی در مواد مبتنی بر پلیمر بهره برد اما پژوهشگران تنها توانسته اند مقدار کمی از نانوبلورهای سلولز را ترکیب کنند برای اینکه آنها به جمع شدن تمایل دارند و فقط پیوند ضعیفی را با مولکول های پلیمری ایجاد می کنند.
هارت و همکارانش به دنبال توسعه یک ترکیب با کسر بالایی از نانوبلورهای سلولز بودند که بتوان آنها را به شکل های قوی و بادوام درآورد. آنها کار خودرا با مخلوط کردن محلولی از پلیمر مصنوعی با پودر نانوبلورهای سلولز شروع کردند. آنها نسبتی را برای نانوبلورهای سلولز و پلیمر تعیین کردند که محلول را به صورتی ژل تبدیل می کند. قوام این ژل به اندازه ای است که می توان آنرا بوسیله نازل یک چاپگر سه بعدی تغذیه کرد یا در قالب ریخت. آنها از یک کاوشگر برای شکستن توده های سلولز درون ژل استفاده کردند. این کار، احتمال ایجاد پیوندهای قوی با مولکول های پلیمری را برای سلولز پراکنده افزایش داد.
آنها مقداری ژل را بوسیله یک چاپگر سه بعدی تغذیه کردند و بقیه را در قالب ریختند. سپس به نمونه های چاپ شده اجازه دادند تا خشک شوند. طی این فرایند، ماده منقبض شد و یک ترکیب جامد باقی ماند که بیشتر آن از نانوبلورهای سلولز تشکیل شده بود.
"آبیناو رائو"(Abhinav Rao)، از پژوهشگران این پروژه اظهار داشت: ما چوب را از اساس تخریب کردیم و به بازسازی آن پرداختیم. ما بهترین اجزای چوب را که نانوبلورهای سلولزی هستند، برداشتیم و آنها را بازسازی کردیم تا به یک ترکیب جدید دست پیدا نماییم.
زمانی که این گروه پژوهشی، ساختار ترکیب را زیر میکروسکوپ مورد بررسی قرار دادند، مشاهده نمودند که دانه های سلولز در یک الگوی شبیه به آجر و ملات قرار گرفته اند.
آنها مقاومت این ماده را در مقابل ترک خوردن آزمایش کردند و ابزارهایی در مقیاس نانو و سپس در مقیاس میکرو را به کار بردند. آنها دریافتند که آرایش دانه های سلولز این ترکیب در مقیاس های چندگانه، از شکافته شدن در اثر ترک برداشتن جلوگیری می کند. این مقاومت در مقابل تغییر شکل، به سفتی ترکیب کمک می نماید.
پژوهشگران در ادامه بررسی های خود، به دنبال راه هایی برای به حداقل رساندن انقباض ژل ها هنگام خشک شدن هستند. بااینکه انقباض، مشکل چندانی را در چاپ اشیای کوچک ایجاد نمی کند اما اشیای بزرگ تر با خشک شدن ترکیب ممکنست ترک بردارند.
این پژوهش، در مجله "Cellulose" به چاپ رسید.
اننتهای پیام
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب