Волокна целлюлозы — самый распространенный природный полимер, главный структурный компонент растений и водорослей. Внутри каждого волокна — крошечные кристаллы, цепочки органических полимеров, более прочные и твердые, чем кевлар. Инженеры MIT создали из них композитный материал, в котором доля кристаллов составляет рекордные 60–90%.

Ученые всего несколько лет назад заинтересовались использованием нанокристаллов, которые можно извлечь из волокон целлюлозы методом гидролиза в кислой среде. Эти крайне прочные кристаллы можно применять при производстве усиленных полимерных материалов. Однако проблема в том, что до сих пор не получалось добавить достаточное количество нанокристаллов в композит, поскольку они образовывали комки и создавали слабые связи с другими молекулами.

Специалисты MIT подошли к этой задаче, смешав синтетический полимер с целлюлозной пудрой. Они определили соотношение ингредиентов, которое превратит соединение в гель, который впоследствии можно будет пропустить через сопло 3D-принтера или выдавить в форму. Комки целлюлозы в геле они разбили при помощи ультразвука, заставив кристаллы сформировать более прочные связи с полимерными молекулами, сообщает MIT News.

«По сути, мы разобрали дерево на части и собрали его снова, — сказал Абхинав Рао, один из участников проекта. — Мы взяли лучшие компоненты древесины, целлюлозные нанокристаллы, и реконструировали их, чтобы получить новый композитный материал».

Изучив образцы под микроскопом, исследователи заметили, что гранулы целлюлозы образовали зигзагообразную структуру перламутра, которая предотвращает появление крупных трещин. Испытания показали, что сопротивляемость материала пластической деформации придает ему твердость и жесткость на уровне между пластиком и металлом. Он прочнее, чем некоторые виды кости, и тверже, чем обычный алюминиевый сплав.