Наноцелюлоза є найпоширенішим ресурсом біомаси на землі. Він має такі переваги, як легкий розпад, поновлюваний, нетоксичний, дешевий і легкий у отриманні. Очікується, що він замінить традиційні нафтохімічні ресурси та буде використаний для виробництва різноманітних передових функціональних матеріалів з високою доданою вартістю. Відповідно до методів отримання та джерел наноцелюлоз, наноцелюлози можна розділити на три категорії: нанокристалічна целюлоза (CNC), целюлозне нановолокно (CNF) і бактеріальна целюлоза (BC).

Рисунок 1. Джерела, мікроструктура та потенційні застосування наноцелюлози

Наноцелюлозні функціональні матеріали для хіральної фотоніки

Хіральність є всюдисущою в природі та відіграє важливу роль у науці про життя та матеріалознавстві. CNC є різновидом наномасштабного хірального фотонно-кристалічного матеріалу. Хіральна нематична рідкокристалічна фазова структура ЧПУ може бути використана не тільки для приготування функціональних мембранних матеріалів з високими механічними властивостями та спеціальними оптичними властивостями, але також може використовуватися як м’який шаблон для спонукання наночастинок до формування функціональних матеріалів з хіральною структурою. Таким чином, хіральний каталіз, хіральні метаматеріали, поляризаційне шифрування та біосенсор мають важливі застосування.

Рисунок 2. Застосування наноцелюлозних функціональних матеріалів у хіральній фотоніці

Наноцелюлозні функціональні матеріали для програмних драйверів

В останні роки на основі різних м’яких матеріалів, отриманих із синтетичних полімерів, таких як типові гідрогелі, рідкокристалічні еластомери та полімери з пам’яттю форми, вчені вміло розробили різноманітні біоміметичні інтелектуальні приводи, щоб імітувати або навіть перевершувати рухову поведінку організмів. Однак ці традиційні матеріали на основі полімерів часто синтезуються за допомогою складних процесів, вони дорогі та важко розкладаються або переробляються, що може створювати певний тягар для навколишнього середовища. Варто зазначити, що біоміметичні програмні приводи на основі наноцелюлози привертають все більше уваги завдяки своїй чудовій механічній гнучкості, високій гігроскопічній здатності, стійкості або екологічності, багаторазовому використанню або біорозкладанню та біосумісності.

Малюнок 3. Застосування функціональних матеріалів на основі наноцелюлози в області драйверів програмного забезпечення

Наноцелюлозні функціональні матеріали для зберігання енергії

Завдяки великій питомій площі поверхні, відмінній механічній гнучкості, високій хімічній стабільності та екологічності, а також переплетенню між волокнами наноцелюлоза легко утворює пористу структуру, яка полегшує транспорт іонів та електронів. Гідрофільні функціональні групи, такі як гідроксильні та карбоксильні групи, прикріплені до поверхні волокна, і воно має хорошу зволожуючу здатність у розчині електроліту, що робить похідні функціональні матеріали широкими перспективами застосування в області зберігання енергії. Функціональні матеріали на основі наноцелюлози можна використовувати не тільки як компоненти в накопичувачах енергії, таких як мембрани, електроліти, адгезиви та носії. У той же час високотемпературна карбонізація, хімічна полімеризація in situ та електрохімічне осадження можуть бути використані для з’єднання електроактивних матеріалів для отримання більш тонких наноструктур і чудових електрохімічних властивостей.

Рисунок 4. Застосування функціональних матеріалів на основі наноцелюлози у сфері зберігання енергії

Наноцелюлозні функціональні матеріали для біомедичних застосувань

У сухому стані механічні властивості наноцелюлози можна порівняти з властивостями людських кісток, тоді як у вологому стані фізико-хімічні властивості наноцелюлози подібні до властивостей позаклітинного матриксу. У той же час, крім відмінних фізичних і хімічних властивостей, наноцелюлози мають високу сумісність з іншими полімерами або функціональними матеріалами, що робить функціональні матеріали на основі наноцелюлоз хорошим практичним значенням і широкими перспективами застосування в біомедичній галузі.

Рисунок 5. Застосування функціональних матеріалів на основі наноцелюлози в біомедичній галузі