Korek biomineralizowany • Alexey Yapryntsev • Obraz naukowy dnia na temat "elementów" • Nauka o materiałach, chemia

Biomineralizowany korek

Zdjęcie wykonane przy użyciu skaningowego mikroskopu elektronowego, a następnie malowane, pokazuje porowatą cząstkę heksaferrytu strontu (Sr3Co2Fe24O41) – produkt biomorficznej mineralizacji kory dębu korkowego (Quercus suber). Powstała struktura całkowicie powtarza strukturę korka – rozwinięty system trójwymiarowych heksagonalnych porów o wielkości około 20 mikronów (około 200 milionów sztuk na centymetr sześcienny). Roślina potrzebuje tych porów do wymiany gazowej i transpiracji (przepływu wody), a twórcy biominerali mogą potrzebować ich do transportu różnych gazów i cieczy przez nie – na przykład podczas tworzenia katalizatorów i adsorbentów.

Mineralizacja biometryczna (patrz mineralizacja biometryczna) to produkcja materiałów o morfologii obiektów biologicznych, na podstawie których tworzone są te materiały. Jako matrycę biologiczną dla takich materiałów można stosować różnorodne obiekty: biomolekuły (DNA, białka), wirusy, mikroorganizmy (bakterie i grzyby), tkanki roślinne (bawełna, drewno) i zwierzęta (skrzydła motyla). W szerokim sensie mineralizację biomorficzną nazywa się również procesami, które występują bez interwencji człowieka. Na przykładtworzenie się skamielin (proces zastępowania żywych tkanek złożami mineralnymi), a nawet tworzenie twardych pokryw w wielu organizmach, co ma miejsce na tej samej zasadzie (patrz: Biomineralizacja, biomineralizacja).

Biomorficzne mineralizacja jako syntetycznego podejścia wiąże się z szerszym pojęciem biomimetyce (dosłownie „imitacji życia”) – tworzenia urządzeń, instrumentów, maszyn lub technologii, idei i podstawowych elementów, które są zaczerpnięte z natury. Na przykład, zasada barwy strukturalnej organizmów żywych (zob. Kolor charakter strukturalny) służy do tworzenia hologramów kolorów i materiałów dekoracyjnych i różne rodzaje czujników na fotonicznych kryształów, które zmieniają kolor pod wpływem różnych czynników chemicznych lub fizycznych (zob. Zdjęcia dniową Optical mysz morska).

Materiał pokazany na zdjęciu jest przykładem podejścia biomimetycznego opartego na syntezie matrycy z tkanek roślinnych. Te tkanki są atrakcyjne ze względu na ich porowatą mikrostrukturę – uporządkowany zestaw porów lub wydłużonych kanałów wzdłuż kierunku wzrostu. Pory i kanały są potrzebne do transportu płynów i gazów wewnątrz instalacji.W tym przypadku jedną z zewnętrznych tkanek dębu korkowego użyto jako szablonu – korek, odnawialny surowiec, który zbierany jest co 9-13 lat bez szkody dla rośliny (która żyje do 300 lat). Dlatego materiał ten jest również nazywany eko-ceramiką.

Biomorficzną mineralizację drewna przeprowadza się w następujący sposób. W pierwszym etapie drewno poddaje się pirolizie (zwęgleniu przez ogrzewanie powyżej 900 ° C w strumieniu argonu). W wyniku tego powstaje wysoce porowaty biowęgiel, w którym następnie przeprowadza się chemiczną infiltrację prekursora ze stopu, roztworu lub pary, to znaczy, że otrzymany węgiel impregnuje się nowym związkiem, a nadmiar usuwa się w próżni. W zależności od składu prekursora infiltracji może towarzyszyć reakcja z węglem – na przykład stop krzemowy reaguje z węglikiem krzemu. W każdym przypadku, w wyniku procesu infiltracji, tworzy się kompozyt złożony z węgla i prekursora lub produktu interakcji prekursora z węglem i nieprzereagowanego produktu. Przez dalszą obróbkę chemiczną lub cieplną, usuwa się fazy zanieczyszczenia i prekursor rozkłada się / utlenia, uzyskując materiał o danej mikrostrukturze i składzie.

Mikrostruktura biowęgla otrzymana metodą pirolizy z porowatych tkanek różnych gatunków drewna. Rycina z M. Singh i in., 2003. Ceramika ekologiczna (ecoceramics) z naturalnych prekursorów drewna

Tak otrzymane biomorficzne materiały oparte na drewnie są obiecujące jako materiały strukturalne. Ze względu na ich wysoką wytrzymałość i lekkość, można z nich wykonać implanty, a obecność otwartego układu porów, przez który transportowane są różne gazy i ciecze, otwiera możliwości rozwoju sorbentów i filtrów. Ponadto, heksaferryt strontu jest obiecującym magnetoelektrykiem "wysokotemperaturowym" (patrz Magnet wyczuwa pole elektryczne, "Chemia i życie" №5, 2013). W tym samym czasie niezwykła morfologia praktycznie nie miała wpływu na właściwości tego materiału.

Zdjęcie z artykułu R. C. Pullar, R. M. Novais, 2017. Ecoceramics.

Alexey Yapryntsev


Like this post? Please share to your friends:

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: