Hydrodynamic assembly and alignment of bio-nanofibers
Exploring cellulose and protein nanofibrils for advanced material applications
Tid: Fr 2024-10-25 kl 10.15
Plats: F2, Lindstedtsvägen 26 & 28, Stockholm
Videolänk: https://kth-se.zoom.us/j/65482520360
Språk: Engelska
Ämnesområde: Teknisk mekanik Fiber- och polymervetenskap Teknisk materialvetenskap
Respondent: Saeed Davoodi , Strömningsmekanik
Opponent: Professor Stephen Eichhorn, The University of Bristol, UK
Handledare: Professor Fredrik Lundell, Teknisk mekanik; Professor Daniel Söderberg, Fiberprocesser; Professor Michael Malkoch, Ytbehandlingsteknik
QC 241002
Abstract
I denna avhandling presenteras utveckling och karakterisering av avancerade material baserade på förnyelsebara råvaror, framför allt cellulosananofibriller (CNF), lignocellulosananofibriller (LCNF) och proteinnanofibriller (PNF). Arbetets syfte är att förstå den komplicerade dynamik och interaktion på nano-skala som styr både de mekaniska egenskaperna och avancerade funktioner hos de skapade materialen.
Studien börjar med en undersökning av CNF i närvaro av Helux, en dendritisk polyamfolyt. Genom att undersöka spinnbarhet, fibrillorientering och mekaniska egenskaper hos CNF-kompositfilament utreds hur Helux påverkar sammansättningsprocessen. Närvaron av Helux minskar fibrillernas upplinjering på grund av ökad rotationsdiffusion, men skapar samtidigt ett robust 3D-nätverk genom joniska interaktioner. Detta resulterar i en komplex avvägning mellan dessa två effekter, vilka leder till minskad respektive ökad styvhet.
Arbetet utvidgas sedan till LCNF från ofullständigt blekt barrträds-(pappers)massa med varierande lignininnehåll. Precis som Helux påverkar upplinjeringen och de mekaniska egenskaperna hos filament skapade av LCNF, där ligninet fungerar som ett naturligt bindemedel som förbättrar interfibrillära interaktioner. Studien visar att LCNF-filament uppvisar högre brottstyrka och styvhet jämfört med CNF-filament, särskilt när lignininnehållet är optimerat. Utöver filament görs skum från LCNF. Dessa utvärderas med avseende på mekaniska egenskaper och kumulativt energibehov. Dessa skum visar stor potential som ett hållbart alternativ till fossilbaserade skum.
I den sista delen av avhandlingen undersöks PNF, speciellt hur deras morfologi påverkar upplinjering och materialsyntes under olika flödesförhållanden. Med hjälp av mikrofluidiktekniker och in situ röntgenspridning undersöks hur nanofibrillmorfologi påverkar uppkomsten av hierarkiska materialstrukturer. Studien utforskar också användningen av genipin som tvärbindare för att förbättra de mekaniska egenskaperna hos PNF-baserade mikrofilament. Det demonstreras att tvärbindning kan förbättra fiberstyrka och duktilitet.
Sammanfattningsvis bidrar denna avhandling till utvecklingen av högpresterande hållbara material genom ny förståelse vad gäller upplinjering, syntes och mekaniska prestanda hos nanofibrillbaserade material och bidrar till skapandet av högpresterande, miljövänliga material.