Ցելյուլոզայի վրա հիմնված հրաշագործ օդագել, որը 3D տպագրված է

Առաջին հայացքից կենսաքայքայվող նյութերը, 3D տպագրության թանաքները և աերեգել նրանք շատ ընդհանրություններ չունեն:

Այնուամենայնիվ, միասին դիտարկված դրանք կարող են հսկայական ներուժ ունենալ ապագայի համար. քայքայվող նյութերն այլընտրանք են աղտոտող նյութերին, դրոշմակնիք 3D վերացնում է թափոնները բարդ ձևերի և գերթեթև աերոգելների արտադրության մեջ գերազանց ջերմամեկուսիչներ.

EMPA հետազոտողներին հաջողվել է համատեղել այս բոլոր բնութագրերը մեկ նյութի մեջ, ա ցելյուլոզայի վրա հիմնված օդագել որը կարելի է 3D տպել և որն ունի արտասովոր հատկություններ։

Օդային նյութ՝ 3D տպագրություն՝ թափոններից թեթև շինանյութեր
Աշխարհի առաջին ուտելի վերալիցքավորվող մարտկոցը

Ցելյուլոզային օդագել, որը տպում է 3D. EMPA ուսումնասիրություն

Հրաշք նյութը, որը բաղկացած է 88 տոկոս ջրից, ստեղծվել է ղեկավարությամբ Deeptanshu Sivaraman, Վիմ Մալֆեյթ e Շանյու Չժաո EMPA-ի Շինարարական էներգիայի նյութերի և բաղադրիչների լաբորատորիայից՝ Ցելյուլոզա և փայտանյութերի և առաջադեմ վերլուծական տեխնոլոգիաների լաբորատորիաների և Ռենտգենյան վերլուծության կենտրոնի հետ համատեղ:

Zhao-ն և Malfait-ը, այլ հետազոտողների հետ միասին, նախկինում աշխատել էին դրա վրա airgel տպագրություն սիլիցիումի պարունակությունը 2020 թվականին՝ մշակելով դրանք բարդ ձևերի ձևավորման առաջին մեթոդը: «Հաջորդ տրամաբանական քայլը մեր տպագրական տեխնոլոգիայի կիրառումն էր մեխանիկականորեն ավելի ամուր կենսաբանական աերոգելների վրա», - բացատրում է առաջինը:

Գիտնականները որպես ելակետ ընտրել են ցելյուլոզա, The բիոպոլիմեր ամենատարածվածը Երկրի վրա: Ցելյուլոզային աերոգելները, մենք կարդում ենք ուսումնասիրության մեջ, որը հրապարակվել է «առաջադեմ գիտություն»"զգալի ուշադրություն են գրավել իրենց մեծ մակերեսի շնորհիվ և կարող են արդյունավետորեն ներծծվել աղտոտիչներ, յուղեր և այլ աղտոտիչներ»: Նրանք կարող են նաև դիմակայել մեծ դեֆորմացիաներին՝ առանց կոտրվելու, ինչը դրանք օգտակար է դարձնում այնպիսի ծրագրերի համար, ինչպիսիք են թեթև կոմպոզիտները և փայտամածները:հյուսվածքների ճարտարագիտություն.

"Այնուամենայնիվ, աերոգելների թեթև բնույթը Ցելյուլոզը սովորաբար մեխանիկորեն թույլ է, ինչը մարտահրավեր է բարդ ձևերի և երկրաչափությունների արտադրության սովորական մեթոդներին:»: Խնդիր, որը գիտնականները լուծել են շնորհիվ դրոշմակնիք 3D.

Նոր կիսաթափանցիկ կրող պատեր՝ լուսավորության ծախսերը նվազեցնելու համար
Էլեկտրոնային թափոնները պանրի սպիտակուցների շնորհիվ «դառնում» են ոսկի

Ինչպես եռաչափ թանաքը վերածել օդագելի

Սկսած ցելյուլոզա, բարդ ածխաջրերը, որը կոշտություն և դիմադրություն է հաղորդում բույսերի բջիջների պատերին, տարբեր նանոմասնիկներ կարելի է ձեռք բերել մշակման պարզ քայլերով։ Ասպիրանտ Դիպտանշու Սիվարամանն օգտագործել է դրանցից երկուսը բիոաերոգել տպելու համար «թանաքը» արտադրելու համար. ցելյուլոզային նանոբյուրեղներ e ցելյուլոզային նանո մանրաթելեր.

Մեջ դրոշմակնիք 3D, It թանաքի հեղուկություն նյութը պետք է այնքան մածուցիկ լինի, որ մնա իր տեղում պնդացման ժամանակ, բայց պետք է կարողանա հեղուկանալ ճնշման տակ, որպեսզի անցնի տպիչի վարդակով:

Սիվարամանին հաջողվեց սխրանքը շնորհիվ նանոբյուրեղների և նանոմանրաթելերի համադրություն Ցելյուլոզից. մինչդեռ երկար մանրաթելերը տալիս են մածուցիկություն, բյուրեղներն ապահովում են կտրվածքի նոսրացման ազդեցությունը (որովհետև հեղուկի դիմադրությունը նվազում է, քանի որ կտրվածքի լարվածությունը մեծանում է):

EMPA-ում պատրաստված թանաքը պարունակում է մոտավորապես 12 տոկոս ցելյուլոզա. Մնացած 88 տոկոսը կազմված է ջրից։ «Մեզ հաջողվեց միայն ցելյուլոզով ձեռք բերել անհրաժեշտ հատկությունները, առանց հավելումների կամ լցոնիչների», - բացատրում է Սիվարամանը: Լավ նորություն ոչ միայն վերջնական արտադրանքի կենսաքայքայման, այլ նաև նրանց համար ջերմամեկուսիչ հատկություններ.

Տպագրելուց հետո թանաքը վերածվում է աերոգելի. հետազոտողները փոխարինում են լուծիչը (ջուրը) սկզբումէթանոլ իսկ հետո օդի հետ՝ պահպանելով ձեւի հավատարմությունը։ «Որքան քիչ պինդ նյութ է պարունակում թանաքը, այնքան ավելի ծակոտկեն է ստացված օդագելը», - բացատրում է Ժաոն:

Էլեկտրոնիկայի միացման նոր տեխնիկա՝ նանոէֆեկտների շնորհիվ
Շվեյցարիայում օդագելով ավելի մեծ շենքեր են կառուցվում

Տպագրվող բիոօդագելի հնարավոր կիրառությունները

Բոլոր աերոգելները չափազանց արդյունավետ ջերմամեկուսիչներ են՝ շնորհիվ իրենց բարձր ծակոտկենության և փոքր ծակոտիների: L'ցելյուլոզային օդագել EMPA-ում տպագրված, սակայն, ունի նաև մեկ այլ հատկություն. դա է անիզոտրոպ, այսինքն՝ նրա բնութագրերը կախված են այն ուղղությունից, որով այն կողմնորոշված ​​է։ «Անիզոտրոպիան մասամբ պայմանավորված է նանոցելյուլոզային մանրաթելերի կողմնորոշմամբ և մասամբ՝ բուն տպագրության գործընթացով», - բացատրում է Մալֆեյթը:

Այս հատկությունը թույլ է տալիս հետազոտողներին որոշել, թե որ առանցքի վրա պետք է լինի օդագելի կտորը ավելի կայուն կամ հատկապես մեկուսիչԱյս հատկություններով բաղադրիչը կարող է կիրառություն գտնել միկրոէլեկտրոնիկա, որտեղ ջերմությունը միայն պետք է անցկացվի որոշակի ուղղությամբ։

Նախնական հետազոտական ​​նախագիծը, որը ֆինանսավորվում է Շվեյցարիայի ազգային գիտական ​​հիմնադրամ (FNS), հիմնականում ուղղված էր ջերմամեկուսացման ուսումնասիրությանը, սակայն գիտնականները արագորեն տեսան նոր հնարավորություններ տպագրվող նոր բիոաերոգելի համար՝ սկսած բժշկությունից:

Պատրաստված լինելով մաքուր ցելյուլոզից՝ այս նյութը կենսահամատեղելի կենդանի հյուսվածքներով և բջիջներով։ Նրա ծակոտկեն կառուցվածքը նրան ունակ է դարձնում կլանել դեղերը իսկ աստիճանաբար դրանք բաց թողեք մարմնին, մինչդեռ 3D տպագրությունն առաջարկում է բարդ ձևեր ստեղծելու հնարավորություն, որոնք կարող են օգտագործվել որպես բջիջների աճի փայտամած կամ որպես իմպլանտներ:

Վիրակապը դեղը կհասցնի միայն վարակված վերքերին
Խելացի ներքնակներ և սենսորներ՝ ամենանուրբ մաշկը պաշտպանելու համար

Հետազոտությունները շարունակվում են՝ բժշկական սարքեր և այլ կենսապոլիմերներ

Նոր օդագելի մեկ այլ շատ խոստումնալից հատկանիշ այն է կարելի է խոնավացնել և չորացնել մի քանի անգամ՝ չկորցնելով իր ձևը կամ ծակոտկեն կառուցվածքը։ Այս հատկությունը նյութը շատ հեշտ կդարձնի մշակման համար. երբ չոր է, այն ոչ միայն թեթև է և հարմարավետ, այլև ավելի քիչ զգայուն բակտերիաների նկատմամբ և պետք չէ մանրակրկիտ պաշտպանված լինել չորացումից: Ավելին, այն կարելի է պահել և տեղափոխել չոր և ընկղմվել ջրի մեջ միայն օգտագործելուց առաջ:

"Եթե ​​ցանկանում եք ավելացնել ակտիվ բաղադրիչները airgel-ին, դուք կարող եք դա անել ռեհիդրացիայի վերջնական փուլում, անմիջապես օգտագործելուց առաջ», - բացատրում է Սիվարամանը: «Այս կերպ ժամանակի ընթացքում կամ պահպանման ոչ պիտանի մեթոդների պատճառով դեղամիջոցի արդյունավետությունը կորցնելու վտանգ չկա:".

Հետազոտողները կենտրոնանում են դեղերի ընդունում աերոգելներից՝ որպես մեկ այլ նախագծի մաս, ավելի քիչ կենտրոնացած 3D տպագրության վրա:

Միևնույն ժամանակ, Շանյու Չժաոն համագործակցում է գերմանացի և իսպանացի հետազոտողների հետ՝ պատրաստված աերոգելների վրա։ այլ կենսապոլիմերներ, ինչպիսիք են ալգինատը և քիտոսանո, ստացված համապատասխանաբար ջրիմուռներից և քիտինից, մինչդեռ Վիմ Մալֆեյթը աշխատում է ցելյուլոզային աերոգելներում ջերմամեկուսացման բարելավման վրա: Deeptanshu Sivaraman, ով ավարտել է իր PhD, միացել է EMPA spin-off-ին Siloxene AG, որը ստեղծում է նոր հիբրիդային մոլեկուլներ հիմնված սիլիցիումի վրա:

Ջինո Գերոսա. «Երկու տարում հարմարեցված արհեստական ​​սրտի նախատիպը».
Ռոլանդ Կյունել. «Ներկայիս շինարարության յոթ մահացու մեղքեր կան»