Nanoselluloosan hybridiaerogeelit vedenpuhdistukseen, älypakkauksiin ja vihreään elektroniikkaan

Tässä väitöskirjassa tutkittiin nanoselluloosaan (NC) perustuvia huokoisia materiaaleja ja erityisiä aerogeelirakenteita, jotka voivat tarjota kestäviä ratkaisuja veden puhdistukseen, älypakkauksiin ja langattomaan tietoliikenteeseen. Nanoselluloosa on uusiutuva ja ympäristöystävällinen materiaali, joka valmistetaan kasvikuiduista ja jolla on ainutlaatuisia ominaisuuksia, kuten keveys, vahvuus ja suuri pinta-ala.

Ensimmäisessä osatutkimuksessa kehitettiin pieniä, pallomaisia ja erittäin kevyitä aerogeelirakeita, jotka imevät tehokkaasti öljyjä ja liuottimia vedestä. Rakeet oli tehty vettä hylkiviksi ja niihin lisättiin magneettisia nanopartikkeleita, jotta ne voidaan helposti kerätä ja käyttää uudelleen. Ne voivat imeä jopa 279-kertaisen määrän painoonsa nähden, esimerkiksi risiiniöljyä.

Toisessa tutkimuksessa keskityttiin haitallisten aineiden, kuten lääkejäämien ja väriaineiden, poistamiseen vedestä. Tätä varten valmistettiin aerogeelipalloja, joihin oli yhdistetty metalli-orgaanisia runkorakenteita (MOF). Nämä uudet materiaalit poistivat tehokkaasti esimerkiksi diklofenaakkia ja metyylioranssia vedestä.

Kolmannessa tutkimuksessa kehitettiin älykkäitä aerogeelipakkauksia, jotka muuttavat väriä lämpötilan mukaan. Tämä tapahtui lisäämällä materiaaliin erityisiä nesteitä, jotka reagoivat lämpötilaan. Väri vaihtui vihreästä siniseen tai punaiseen lämpötilan noustessa, mikä voi tulevaisuudessa auttaa esimerkiksi elintarvikepakkauksia näyttämään, onko tuote vielä käyttökelpoinen.

Neljännessä osassa luotiin erittäin kevyitä ja läpinäkyviä pinnoitteita, jotka pystyvät suodattamaan ja ohjaamaan korkeita radiotaajuuksia, kuten 5G- ja tulevaisuuden 6G-signaaleja. Tämä tehtiin yhdistämällä lasersäteen avulla rei’itettyjä nanoselluloosakalvoja aerogeelipohjaan. Lopputulos oli erittäin toimiva rakenne uusien, nopeiden langattomien yhteyksien tarpeisiin.

Yhteenvetona tutkimus osoittaa, että nanoselluloosasta voidaan kehittää monipuolisia ja älykkäitä materiaaleja, jotka tarjoavat ympäristöystävällisiä ratkaisuja puhtaan veden, pakkausteknologioiden ja tietoliikenteen tulevaisuuden tarpeisiin.