Kemiaa - Kemia-lehti

Pieni suuri nanoSarja kertoo sovelluksista, joita nanoteknologian tutkimus tuottaa.Uusia materiaalejananoselluloosastaSelluloosa on tärkeä luonnonpolymeeri, jota ihminen on hyödyntänytvuosituhansia. Nyt tutkijat pilkkovat selluloosakuituja nanomuotoonja kehittävät ratkaisuja teollisuudelle, joka kaipaa uusiutuviinluonnonvaroihin pohjaavia biohajoavia materiaaleja.Maija PohjakallioNanoselluloosaan pohjautuvat materiaalitavaisivat suomalaiselle metsäteollisuudellemahdollisuuksia uusiin markkinoihin. Kuumankansainvälisen tutkimusaiheen parissaaherretaan siksi myös Otaniemessä, jonneUPM, Aalto-yliopisto ja VTT muutamavuosi sitten perustivat Suomen nanoselluloosakeskuksen.Tutkijatohtori Eero Kontturi Aalto-yliopistonpuunjalostustekniikan laitoksestainnostui nanoselluloosasta viitisen vuottasitten. Hän on erityisen kiinnostunut nanokiteidenvalmistukseen liittyvistä ilmiöistäsekä kiteistä tehtävistä ultraohuista kalvoista,joiden paksuus on alle 100 nanometriä.”Kalvot ovat hygroskooppisia eli vettäimeviä, mutta yksittäiset kiteet eivät liukeneveteen eivätkä edes turpoa vedessä, minkäansiosta niitä voisi mahdollisesti käyttääkosteusantureissa.”Kontturi kollegoineen valmistaa kalvotpyöröhaihdutusmenetelmällä (spin coating),jossa veteen sekoitettuja nanokiteitäpipetoidaan pyörivälle alustalle. Pyörimisenaikana liuotin haihtuu, ja kiteet jäävätalustan pinnalle ohueksi kalvoksi. Menetelmällävoidaan tehdä myös useita kalvojapäällekkäin.”Olemme esimerkiksi tutkineet kerrosrakenteita,joissa hyvin ohuet amorfiset sellu-Suomen metsissä kasvaa raakaainettamonenlaisiin uusiin biomateriaaleihin.loosakerrokset vuorottelevat nanokidekerrostenkanssa.”Elektroniikkateollisuus käyttää ohuitapolymeerikalvoja muun muassa orgaanisissatransistoreissa ja heijastamattominapintoina. Tätä nykyä kalvot tehdään synteettisistäpolymeereistä, mutta selluloosapohjaisillavastineilla olisi kysyntää.YhdistelmämateriaalitkunniaanNanoselluloosasta voidaan valmistaa myöserilaisia komposiittimateriaaleja lisäämälläsiihen vaikkapa epäorgaanisia nanopartikkeleita,sähköä johtavia polymeerejä tai jotakinmuuta luonnonpolymeeriä, kuten tärkkelystä.Tuloksena on toivotun luja, taipuisa,sähköä johtava tai eristävä materiaali.Selluloosananokiteiden pinnalle jää valmistusvaiheenrikkihappokäsittelystä negatiivisestivarautuneita sulfaattiryhmiä. Ryhmätestävät kiteiden aggregoitumista muttavaikeuttavat selluloosan hydrofiilisen luonteenohella materiaalin sekoittamista poolittomiinaineisiin. Sekoittamisen helpottamiseksikiteiden pintaan on professori OlliIkkalan ryhmässä polymeroitu polyakryylihappoa.”Mitä pienempiin rakenneosiin pystytäänvaikuttamaan, sitä tehokkaammin ja hallitumminaineen ominaisuuksia voidaan räätälöidä”,Kontturi toteaa.Kirjoittaja on kemian tekniikan tohtori,joka työskentelee kustannustoimittajanaSanoma Pro Oy:ssä.maija@pohjakallio.comNanosellulla monta reseptiäOIKAISUAalto-yliopistossa kehitettävien polttokennojen(Pieni suuri nano -palsta 1/2012)maksimitehotiheydessä on päästy neliösenttiäkohden 50 milliwattiin, ei megawattiin.ScanstockphotoPerinteiset selluloosapohjaiset materiaalit,kuten paperi ja puuvillalanka, koostuvatmillimetrien pituisista kuiduista. Kunkuidut pilkotaan kiteiksi tai fibrilleiksi elisäikeiksi, saadaan nanoselluloosaa.Kun natiiviselluloosaa, esimerkiksisuodatinpaperin palasia, käsitellään väkevässärikkihapossa, saadaan aikaan50–300 nanometrin pituisia neulamaisiakiteitä.Kuituja mekaanisesti hiertämällä taassyntyy nanofibrilliselluloosaa eli NFC:tä.Puuperäisen NFC:n rakenneyksikköjenpituus on joitakin mikrometrejä ja halkaisijakolme, neljä nanometriä. Bakteerientuottaman bakteerinanoselluloosan rakenneyksikötovat leveämpiä.NFC:stä tehdyn paperin vetolujuus onhuomattavasti perinteistä paperia suurempi.Ulkonäöltään nanopaperi muistuttaaohutta, läpinäkyvää tai maitomaisensameaa muovikalvoa. Nanopaperin käyttökohteitaovat muun muassa biolääketieteellisetsovellukset.44 KEMIA 2/2012