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注目：持続可能な超弾性分級多孔質セルロースエアロゲルの新技術

2022/12/26 19:30:00 0

セルロースエアロゲルは分子間水素結合誘導の構造可塑性に悩まされており、石油化学工業を使用しない戦略であり、多尺度で分級構造を設計することにより超弾性セルロースエアロゲルを製造する。熱エッチングにより製造された脱水セルロース多孔質壁は剛性と粘性の低下だけでなく、ミクロ変形を導き、局所的な大きな歪みを緩和し、構造崩壊を防止することができる。このエアロゲルは、広い温度範囲の高弾性、疲労抵抗性（105サイクル後約5%の塑性変形）、高い角度回復速度（1475.4°s-1）、ほとんどのセルロース系エアロゲルより優れた安定性を有する。このような良性戦略はバイオマスの生物安全性を保持し、マスクや空気清浄などの健康に関連する用途に代替フィルタ材料を提供する。

ACHAsの製造、特性評価、および性能。a）冷凍鋳造と熱エッチングを組み合わせて製造したACHAsの概略図。

CNFsとPHAsを含む均一な水性分散体は配向冷凍鋳造され、押出分散体によって配向通路が確立される。PHA粒子の熱エッチングは細胞壁上の二次孔を形成する。b，c）ACHA異方性と階層微細構造のSEM画像を表示する。イラストb）タンポポの上に置かれた超軽量ACHAサンプルを表示します。d）FTIRスペクトルは特徴ピークが1720 cm−1のとき、ACHA中のC＝Oに割り当てられた値が消失し、PHAが効果的に除去されたことを示している。e）カスタム形状のACHAsの大規模製造。f）180°の角度におけるACHAの捩れ性と回復性の写真を表示する。

機械的特性評価。a−c）3種類のセルロースエアロゲル（DCA、ACA及びACHA）の50%歪みサイクル試験における圧縮応力−歪み曲線。

イラストは試験前後の対応サンプルの高さ保持状況を示している。

d）3種類のセルロースエアロゲルの50%歪みにおける10個の圧縮サイクルの応力低下、e）塑性変形及びf）エネルギー損失係数は、ACHAが最適な弾性を有することを表明した。

g）ACHAが50%歪みで105サイクルの応力−歪み曲線で、5%の塑性変形を残した。

h）ACHAエアロゲルの高い保持率は、先に報告されたセルロース基と比較した。括弧中のパーセンテージは循環試験後に保持される応力を表し、2番目の数字は関連参考資料を表す。i）液体窒素中のACHAの80%までの大きな歪みの安定性と弾性を示す写真。

ACHAsの巨視的及び微視的構造変形観察。

a）圧縮歪50%及び解放後のACHAのSEM観察。

b）FIB−SEMナノマニピュレータと細胞壁の相互作用概略図。ナノオペレータがゆっくりと上方に移動し、単一細胞壁に接触する過程で、その場走査電子顕微鏡画像を得た。

c）その場走査電子顕微鏡画像はACHA多孔質細胞壁の局所変形を示し、多孔質細胞壁の増強変形能力を検証した。

d）湾曲ACHAの走査電子顕微鏡画像は、圧縮及び伸張側の変形機構を明らかにした。湾曲方向は配向チャネルと平行である。

e）折り畳み可能で回収可能なACHAの写真。

f）高速カメラのリアルタイム画像表示ACHAは、61 ms以内に屈曲から90°角まで回復することができる。a）スケール500μm，c）スケールは10μm，e，f）スケールは1 cmである。

ACHAsの空気ろ過性能。a、b）異なるサンプル（厚さ5 mm ACHA、厚さ10 mm ACHA及び商用マスク）のa）1 Lmin−1及びb）5 Lmin−1流速でのPMs除去効率。気流方向は配向通路と平行である。c）30回の循環試験（1 Lmin−1）により、10 mm厚のACHAは安定したPMs除去効率と圧力降下を有することを表明した。d）自家製PMMA喫煙実験箱の概略図。pmはキャンドルから発生し、気流方向は矢印で表される。e）除去機構の説明とf）喫煙実験後の10 mm厚ACHAの走査電子顕微鏡は吸収のpmmsを示した。f）に挿入したのは試験後のサンプルである。生け花の縮尺は1センチ。