Самая сильная часть дерева — это не его ствол или раскидистые корни, а стенки его микроскопических клеток. Единая клеточная стенка древесины построена из волокон целлюлозы — самого распространенного в природе полимера и основного структурного компонента всех растений и водорослей.
Внутри каждого волокна находятся армирующие нанокристаллы целлюлозы (CNC). Это цепочки органических полимеров, образующие почти идеальные кристаллические узоры.
Команда Массачусетского технологического института разработала композит, состоящий в основном из нанокристаллов целлюлозы, смешанных с небольшим количеством синтетического полимера. Органические кристаллы занимают от 60 до 90 процентов материала — самая высокая доля CNC, достигнутая в композите на сегодняшний день.
Исследователи обнаружили, что композит на основе целлюлозы прочнее и жестче, чем некоторые типы костей, и тверже, чем обычные алюминиевые сплавы. Материал имеет каменную микроструктуру, напоминающую перламутр — твердую внутреннюю оболочку некоторых моллюсков.
Ученые придали композиту форму зуба, чтобы показать, что однажды этот материал можно будет использовать для изготовления имплантатов на основе целлюлозы — и любых пластиковых изделий, которые будут прочнее, жестче и устойчивее.
Интересно, что, когда команда исследовала структуру композита под микроскопом, они заметили, что зерна целлюлозы располагаются в форме кирпича и раствора, похожего на архитектуру перламутра. В перламутре эта зигзагообразная микроструктура препятствует прохождению трещин прямо через материал. Исследователи обнаружили, что тоже самое относится и к их новому целлюлозному композиту.
Они проверили устойчивость материала к трещинам и обнаружили, что в разных масштабах расположение зерен целлюлозы в композите предотвращает расщепление материала. Это сопротивление пластической деформации придает композиту твердость и жесткость на границе между обычными пластиками и металлами.
