Mustaakin mustempaa – uusi supermusta materiaali syntyy puusta

Uutta, täysin biopohjaista supermustaa materiaalia kehittävät Blackwood-projektissa Aalto-yliopiston ja VTT:n tutkijat.

Tutkimusryhmä tähtää vahvaan, kestävään ja myrkyttömään materiaaliin, joka kykenee absorboimaan huimat 99,65 prosenttia valosta.

Jos otaniemeläiset onnistuvat tavoitteessaan, he rikkovat kaikkien aikojen mustimman massiivipuumateriaalin ennätyksen.

”Tutkimuksessamme muunnamme puun luonnollisen hiilihydraattien muodostaman rakenteen valoa imeväksi grafiitin kaltaiseksi materiaaliksi”, kuvailee erikoistutkija Bruno Mattos Aalto-yliopistosta.

”Rakenteellisilla muutoksilla voimme myös kehittää valoa sitovia ominaisuuksia. Supermusta puu syntyy vasta yhdistämällä kemiaa oikeanlaiseen nanorakenteeseen.”

Apuvälineenä puukuidun luonnolliset muodot

Monet perinteiset supermustat materiaalit muodostuvat täydellisistä, symmetrisessä järjestyksessä olevista lieriön muotoisista rakenteista.

Tutkijat ovat kuitenkin osoittaneet, että puun selluloosakuitujen luonnollinen epäsymmetrisyys tehostaa valon imeytymistä ratkaisevasti.

Ennen kuin puusta saadaan supermustaa sitä pitää silti osata käsitellä oikealla tavalla.

”Puuta on hiiletetty ennenkin ja tuloksena on ollut mustaa materiaalia, mutta ei koskaan supermustaa”, taustoittaa Aalto-yliopiston väitöskirjatutkija Bin Zhao, Nature Communications -lehdessä julkaistun tutkimusartikkelin ensimmäinen kirjoittaja.

Tämä johtuu Zhaon mukaan siitä, että supermustan muodostumiseen vaaditaan hiiltymislämpötilan ja puun ligniinipitoisuuden säätelyä.

Säätelyn avulla tutkijat ovat saaneet aikaan suoraan puun soluseinästä syntyvän rakenteen, jonka terävien muotojen mitta on mikrometristä nanometriin.

”Tämä tarkoittaa siis sitä, että valon sironta vähenee, mikä johtaa paljon alhaisempaan kokonaisvalonheijastavuuteen, nyt supermustalla tasolla.”

Nykymateriaaleissa on heikkoutensa

Supermustat materiaalit ovat aineita, jotka imevät niihin osuvan valon lähes täydellisesti eivätkä heijasta edes infrapuna- tai ultraviolettisäteilyä.

Materiaalit muodostuvat valoa imevien kemiallisten yhdisteiden ja valoa vangitsevien rakenteiden täydellisistä yhdistelmistä.

Nykyiset, pienistä perusosasista koostuvat supermustat materiaalit tuotetaan bottom up -menetelmin, jotka yleensä ovat hitaita, energiaintensiivisiä ja riippuvaisia synteettisistä lähtöaineista.

Vaikka edistystä on tapahtunut, useimmat supermustat materiaalit ovat edelleen herkkiä kosketukselle, mikä rajoittaa niiden käyttöä monissa sovelluksissa.

Pohjaa uusille puupohjaisille optisille ratkaisuille

Otaniemen tutkimusryhmä ei halua luoda pelkästään uutta supermustaa materiaalia vaan myös perustan puupohjaisten optisten ratkaisujen kehitykselle.

”Ymmärtämällä puun rakenteen ja kemian sekä sen optisen suorituskyvyn välistä monimutkaista suhdetta saamme arvokasta tietoa kuitupohjaisten materiaalien suunnittelusta erilaisiin sovelluksiin”, sanoo erikoistutkija Alexey Khakalo VTT:stä.

Blackwood-materiaalilla voi olla monenlaista käyttöä eri teollisuudenaloilla, kuvantamisessa ja tähtitieteessä.

Supermustat materiaalit voivat muun muassa parantaa aurinkopaneelien suorityskykyä tai vähentää teleskooppien kohinasignaalia.

(Kuva Aalto-yliopisto) Ei ainoastaan mustaa vaan supermustaa. Sellaista on Otaniemessä kehitettävä uusi biomateriaali.


Tilaa Kemiamedian uutiskirje!

Tilaajana saat sähköpostiisi kerran viikossa kiinnostavimmat uutiset ja tiedot alan tapahtumista ja työpaikoista. Tilaa heti tai viimeistään 28.2.2024, niin osallistut myös kylpylävuorokauden arvontaan!

Lue lisää ja tee tilaus täällä.

Kerro meille mielipiteesi!

 

Nimi(Pakollinen)
Hidden
Mitä mieltä olit artikkelista? Lähetä meille palautetta.
Kenttä on validointitarkoituksiin ja tulee jättää koskemattomaksi.

Lisää uutisia