Вчені Rice University створили новий біопластик BCBN, який поєднує прозорість, гнучкість та міцність, співмірну зі сталлю. Матеріал, отриманий із бактеріальної целюлози та наношарів гексагонального бороніду, витримує тисячі згинань і повністю біорозкладний. Про це повідомляє медіа про науку, технології та здоров’я КРВ.медіа з посиланням на Nature Communications.
Новий біопластик BCBN із бактеріальної целюлози
Бактеріальна целюлоза — це природний полімер, який продукують деякі штами бактерій. На відміну від рослинної целюлози, вона не містить лігніну та геміцелюлози, відзначається високою чистотою, кристалічністю та біорозкладністю. Проте її традиційна структура хаотична: нанофібри переплетені випадково, що обмежує механічну міцність матеріалу.
Вчені Rice University розробили обертовий біореактор, який створює ламінарний потік, змушуючи бактерії рухатися впорядковано. Це дозволяє нанофібрам целюлози рости в одному напрямку, утворюючи суцільні листи з високою структурною організацією. Міцність таких листів досягає 436 МПа, що порівнювано з низьковуглецевою сталлю, при цьому матеріал залишається прозорим і гнучким.
Підсилення гексагональним боронідом
Щоб підвищити міцність і теплопровідність, дослідники інтегрували у структуру наношари гексагонального бороніду (h‑BN). Ці «білі графенові листи» розподілилися вздовж волокон, утворюючи багатошарову композитну структуру. Результат — міцність до 553 МПа і утричі кращий тепловідвід, ніж у звичайної бактеріальної целюлози.
Це особливо важливо для застосувань, де потрібно уникати перегріву, наприклад, у портативній електроніці або системах зберігання енергії.
Новий біопластик гнучкий, прозорий, стійкий до деформацій і повністю біорозкладний. Лабораторні випробування показали, що він витримує до 10 000 циклів складання та розгинання без утрати цілісності — це так званий origami‑тест.
Можливі напрями використання BCBN:
-
екологічне пакування для харчових продуктів;
-
електроніка та термоменеджмент завдяки високій теплопровідності;
-
гнучкі енергетичні пристрої й сенсори;
-
композитні покриття з біорозкладними властивостями.
Виклики масштабування виробництва
Попри унікальні властивості, промислове виробництво BCBN залишається складним. Лабораторні установки дають невеликий вихід матеріалу — близько кількох міліграмів сухої маси на добу, за оцінками науково‑популярних джерел. Для масового випуску знадобиться оптимізація біореакторів, контроль поживного середовища та інтеграція нанодобавок без значного здорожчання процесу.
Автори дослідження наголошують, що їхній підхід — це scalable bottom‑up strategy, яка теоретично дозволяє масштабувати процес, але поки що перебуває на стадії лабораторних тестів. Дослідження підтримали NSF, U.S. Endowment for Forestry and Communities та Welch Foundation.
Раніше ми писали, що вчені створили суперматеріал, що перевершує твердість алмазу
