Те же самые кристаллы целлюлозы, что придают деревьям и растениям их крепость, малый вес и устойчивость, как оказалось, имеют прочность стали.

Вычисления, основанные на высокоточных моделях атомарной структуры целлюлозы, показали, что её кристаллы имеют жёсткость 206 гигапаскаль, что сопоставимо с жёсткостью стали, говорит доцент в области гражданского строительства Университета Пердью Пабло Заватьери.

«Этот материал с потрясающими свойствами имеется на нашей планете в большом количестве, он возобновим, и в настоящий момент является всего лишь отходом бумажной промышленности», говорит он.

«Свойства этих кристаллов очень сложно измерить экспериментально, поскольку они чрезвычайно малы», говорит Заватьери. «Нам впервые удалось предсказать их свойства с помощью методов квантовой механики».

«Наше исследование очень важно для разработки новых материалов на основе целлюлозы, которыми в настоящий момент занимаются многие исследовательские группы по всему миру, поскольку они могут найти себе множество применений – от электроники и медицинских устройств, до структурных компонентов в автомобильной, гражданской и аэрокосмической промышленности».

Нанокристаллы целлюлозы представляют собой потенциальную экологичную альтернативу углеродным нанотрубкам, способную усиливать такие материалы, как, например, полимеры или бетон. Применения биоматериалов из целлюлозных нанокристаллов могут включать в себя биоразложимые пластиковые пакеты, ткани и бинты; гибкие батареи, изготовленные из электропроводящей бумаги; новые методы доставки лекарств в организм человека; гибкие прозрачные дисплеи для электронных устройств; специальные фильтры для очистки воды; новые типы сенсоров; и компьютерная память.

Сама же целлюлоза может добываться из различных биологических источников, которые включают в себя деревья, растения, водоросли, океанические организмы-оболочники, и бактерии, которые создают вокруг себя защитные оболочки из целлюлозы.

Производство таких биоматериалов может стать естественным расширением бумажной и биотопливной промышленности, и использовать технологии, которые уже с успехом применяются для создания материалов на основе целлюлозы.

Вдобавок, поверхность целлюлозных кристаллов можно химически модифицировать, чтобы придать ей различные свойства. Например – ей можно придать возможность более крепкого соединения с усиливающим полимером для создания новых прочных композитных материалов.

Заватьери планирует расширить своё исследование, чтобы изучить свойства альфа-хитина – материала из карапаксов лобстеров, крабов, моллюсков и насекомых. Альфа-хитин как предполагается, имеет механические свойства, сходные с наноцеллюлозой.

«Этот перспективный материал также весьма избыточен, возобновим, и является отходом пищевой промышленности», говорит Заватьери.