نانو‌ کاغذ جایگزین فلز

Teng Li استادیار مهندسی مکانیک UMD گفت: قدرت و استحکام در کنار هم منحصر به فرد است. به عنوان مثال ماده‌ای همچون چدن و الماس مقاومند اما به شکنندگی گرایش دارند.

تیم تحقیقاتی UMD ماده‌ای قوی و محکم را از طریق بررسی خواص مکانیکی سلولز، یکی از فراوان‌ترین منابع تجدید‌پذیر زیستی بر روی زمین، توسعه دادند. محققان ورقه‌هایی با اندازه‌های مختلف از الیاف سلولزی که با چشم دیده نمی‌شوند را تولید کردند. اندازه‌ها از حدود سی میکرو‌متر تا ده نانو‌متری، چهل بار سخت‌تر و صد و سی بار قوی‌تر از کاغذ دفتر معمولی است که از الیاف سلولزی هزار بار بزرگتر ساخته شده است.

Li افزود: این یافته‌ها می‌توانند به ایجاد یک سطح جدید از عملکرد بالای مواد مهندسی منجر شود. عملکرد بالای مواد سلولزی و سبک بودن موجب جایگزین شدن آنها با مواد ساختاری معمولی (فلزات) در برنامه‌های کاربردی که وزن در آنها مهم است می‌شود.

اعضای تیم می‌گویند: به عنوان مثال ممکن است، این کشف بتواند بهره‌وری بیشتر انرژی و وسایل نقلیه "سبز" مفید باشد. علاوه بر این نانو‌کاغذ‌های شفاف سلولزی ممکن است به عنوان یک بستر کاربردی در الکترونیک‌های انعطاف‌پذیر به کار برده شود. در نتیجه در الکترونیک‌های کاغذی، سلول‌های خورشیدی قابل چاپ و صفحه نمایش انعطاف‌پذیر که جنبه‌های زندگی روزمره را تغییر می‌دهد، مورد توجه قرار می‌گیرد.

الیاف سلولزی به راحتی می‌تواند بسیاری پیوند‌های هیدروژنی شکل دهد. در اولین شکست، هیدروژن می‌تواند خود به خود پیوند ایجاد کند و کیفیت را اصلاح کند. UMD کشف کرد که الیاف کوچکتر از سلولز در هر منطقه مربعی پیوند هیدروژنی بیشتری برقرار می‌کنند. به این معنی که در کاغذ تولید‌شده از الیاف بسیار ریز، هیدروژن‌ها هم می‌توانند بهتر در کنار هم بمانند و هم بسیار سریعتر از نظر شکل بازیابی شوند. این مهم کلیدی برای ساخت نانو‌کاغذ سلولزی سخت و قوی است.

Liangbing Hu، استادیار علوم مواد در UMD گفت: این مهم است که بدانیم چگونه نانو‌کاغذ سلولزی قوی و سخت است. به همین منظور پژوهشگران آزمایشی مشابه با استفاده از نانولوله‌های کربنی که در اندازه‌ای شبیه به الیاف سلولزی هستند، انجام دادند. در نانو‌لوله‌های کربنی پیوندی بسیار ضعیف برقرار است و تحمل تنش و ضربه را ندارند، در نتیجه کاغذ ساخته شده از نانولوله‌های کربنی ضعیف است که بهبود عملکرد مکانیکی نانولوله‌ها می‌تواند جرقه‌ای برای پژوهش‌های آینده باشد.