Biomimetics - Architectural Considerations for Functional Nanocomposites

Julkaisun otsikon käännös: Biomimetiikka - Tutkimuksia toiminnallisten nanomateriaalien rakenteista

Jason R. McKee

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

Abstrakti

Tämä opinnäytetyö keskittyy synteettisiin nanomateriaaleihin, jotka yhdistävät kovan nanoselluloosavahvistuksen pehmeisiin toiminnallisiin synteettisiin polymeereihin. Kaikki työssä esiteltävät molekulaariset arkkitehtuurit ovat saaneet innoituksensa luonnon nanokomposiiteista, kuten silkistä, luusta ja kasvikuiduista. Luonnonmateriaalit koostuvat tyypillisesti vahvistavista nanokokoisista alueista, jotka on sidottu yhteen supramolekulaarisilla uhrautuvilla sidoksilla. Niiden rakennusaineina ovat proteiinit, hiilihydraatit ja hauraat mineraalit. Komponentit ovat erillään yleensä mekaanisesti heikkoja, mutta sopivissa hierarkkisissa rakenteissa ne tasapainottavat ja tukevat toisiaan. Näin ollen työn tärkeimpiä sisältöjä on edellä mainittujen nanokomposiittien osien rakenteellinen suunnittelu, jotta halutut mekaaniset ominaisuudet voidaan saavuttaa. Yhteensopivuusongelmat vahvistavan nanoselluloosan ja synteettisten supramolekulaaristen verkkorakenteiden välillä ovat myös yksi keskeinen teema. Jokainen materiaali on suunniteltu niin, että kaikki kolloidaaliset komponentit saadaan homogeenisesti dispergoiduksi polymeeriverkostoon. Tällöin verkkorakenne saadaan mahdollisimman tehokkaasti vahvistettua ja toimimaan samalla yhteen luonnon inspiroiminen supramolekulaaristen verkkorakenteiden kanssa. Lopuksi, nanokomposiitteihin saatiin spesifisiä funktionaalisuuksia supramolekulaarisen sitoutumisen tai funktionaalisten polymeerien avulla. Ensimmäisessä julkaisussa kuvataan hyvin dynaaminen supramolekulaarinen nanokomposiittihydrogeeli, joka on hyvin jäykkä, kuten kiinteät elastiset verkkorakenteet, itsekorjautuu sekunneissa ja kykenee korjaamaan itsensä vielä pitkän säilytysajan jälkeenkin. Toisessa julkaisussa yksikomponenttisia nanokomposiitteja muokattiin biomimeettisillä uhrautuvilla sidoksilla. Murtumisenergian dissipaation lisääntyessä lasimaisen nanokomposiittien sitkeys parani huomattavasti. Kolmannessa ja neljännessä julkaisussa valmistettiin funktionaalisia nanokomposiittihydrogeelejä. Kolloidaalista nanoselluloosaa ristisilloitettiin fysikaalisesti adsorboimalla funktionaalisia polysakkarideja niiden pinnalle. Ensimmäiseksi valmistettiin lämpöherkkä nanokomposiitti, jonka moduulia voitiin muuttaa lämpötilan funktiona. Toiseksi sekä moduulia ja myötärajaa parannettiin lisäämällä nanofibrillaariseen verkkorakenteeseen itselinkittynyt uhrautuva verkkorakenne. Nämä nanoselluloosaan perustuvat materiaalit tuovat lupaavia uusia konsepteja nanomateriaalien kehittelyyn sekä ennennäkemättömiä mekaanisten ominaisuuksien ja toiminnallisuuksian yhdistelmiä.
Julkaisun otsikon käännösBiomimetiikka - Tutkimuksia toiminnallisten nanomateriaalien rakenteista
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja
  • Ikkala, Olli, Vastuuprofessori
  • Ikkala, Olli, Ohjaaja
Kustantaja
Painoksen ISBN978-952-60-6034-7
Sähköinen ISBN978-952-60-6035-4
TilaJulkaistu - 2015
OKM-julkaisutyyppiG5 Artikkeliväitöskirja

Tutkimusalat

  • nanomateriaalit
  • molekylaarinen itseohjautuminen
  • polymeerit
  • kolloidit

Sormenjälki

Sukella tutkimusaiheisiin 'Biomimetiikka - Tutkimuksia toiminnallisten nanomateriaalien rakenteista'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

Siteeraa tätä