Roberta De Carolis Gli scienziati del MIT sono riusciti ad ottenere un materiale composito contenente tra il 60 e il 90% di nanocristalli di cellulosa, ottenuti da fibre vegetali, la frazione più alta ottenuta fino ad oggi in un composito, dimostrando che già così il materiale è più resistente di alcuni tipi di osso e più duro delle tipiche leghe di alluminio
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Dalla natura un materiale con incredibili proprietà: duro come l’osso e rigido come l’alluminio, è stato progettato da un team di ricercatori guidato dal Massachusetts Institute of Technology (MIT) ed è costituito per oltre il 60% da nanocristalli di cellulosa, ottenuti da fibre vegetali.
La parte più resistente di un albero non risiede nel suo tronco o nelle sue radici, ma nelle pareti delle sue cellule microscopiche. Una singola parete cellulare di legno infatti è costituita da fibre di cellulosa, il polimero più abbondante in natura e il principale componente strutturale di tutte le piante e le alghe.
All’interno di ogni fibra ci sono nanocristalli di cellulosa rinforzati (CNC), catene di polimeri organici disposti in modelli cristallini quasi perfetti. Su scala nanometrica, questi composti sono più forti e rigidi del Kevlar, una fibra sintetica aramidica inventata nel 1965 da Stephanie Kwolek, la cui caratteristica principale è proprio l’incredibile resistenza meccanica alla trazione, tanto che questa, a parità di massa, è 5 volte quella dell’acciaio.
Ogni anno, più di 10 miliardi di tonnellate di cellulosa vengono sintetizzate dalla corteccia, dal legno o dalle foglie delle piante, la maggior parte delle quali viene utilizzata per produrre carta e tessuti, mentre una parte trasformata in polvere per l’uso in addensanti alimentari e cosmetici.
I ricercatori hanno posto da tempo sotto la lente di ingrandimento i CNC perché, se questi potessero essere trasformati in materiali veri e propri, potrebbero davvero costituire un percorso verso plastiche più resistenti, sostenibili e di derivazione naturale (con le dovute precauzioni atte ad evitare disboscamenti ancora più feroci di quelli attuali, ad es. utilizzando gli alberi già tagliati per altri scopi). Ma finora si era riusciti a incorporare solo basse frazioni di CNC, poiché i cristalli tendono in generale a raggrupparsi e a legarsi solo debolmente con le molecole polimeriche.
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Ora gli scienziati del MIT sono riusciti ora ad ottenere un materiale composito contenente tra il 60 e il 90% di CNC, la frazione più alta ottenuta fino ad oggi in un composito, dimostrando che già così il materiale è più resistente di alcuni tipi di osso e più duro delle tipiche leghe di alluminio, con una microstruttura di mattoni e malta che ricorda la madreperla, il rivestimento interno duro del guscio di alcuni molluschi.
@Massachusetts Institute of Technology
E non solo: il team è riuscito a perfezionare una ricetta che potrebbe essere utile a produrre il materiale tramite stampa 3D oltre che con i metodi convenzionali e ha già ottenuto e fuso il composito in pezzi di pellicola della grandezza di un centesimo che ha usato per testare la resistenza e la durezza del materiale.
Una possibile applicazione di questo composito è dentale: è disponibile infatti già un prototipo di dente che dimostra la possibilità di realizzare in questo modo impianti dentali a base di cellulosa ma anche qualsiasi prodotto in plastica, più forte, più resistente e più sostenibile.
Creando compositi con CNC ad alto carico, possiamo conferire ai materiali a base di polimeri proprietà meccaniche che non avevano mai avuto prima – spiega A. John Hart, che ha guidato lo studio – Se riusciamo a sostituire un po’ di plastica a base di petrolio con cellulosa di derivazione naturale, è probabilmente meglio anche per il pianeta
Il lavoro è stato pubblicato su Cellulose.
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