A nanocellulóz a Föld legelterjedtebb biomassza-erőforrása. Előnyei a könnyű lebomlás, a megújuló energia, a nem mérgező anyagok, valamint az olcsó és könnyen beszerezhető anyagok. A várakozások szerint felváltja a hagyományos petrolkémiai erőforrásokat, és különféle fejlett, magas hozzáadott értékű funkcionális anyagok előállítására használják majd. Az előállítási módszerek és a nanocellulózok forrásai szerint a nanocellulózok három kategóriába sorolhatók: nanokristályos cellulóz (CNC), nanorost cellulóz (CNF) és bakteriális cellulóz (BC).

1. ábra. A nanocellulóz forrásai, mikroszerkezete és lehetséges alkalmazásai

Nanocellulóz funkcionális anyagok királis fotonikához

A kiralitás mindenütt jelen van a természetben, és fontos szerepet játszik az élettudományokban és az anyagtudományokban. A CNC egyfajta nanoméretű királis fotonikus kristályanyag. A CNC királis nematikus folyadékkristályos fázisszerkezete nemcsak nagy mechanikai tulajdonságokkal és speciális optikai tulajdonságokkal rendelkező funkcionális membránanyagok előállítására használható, hanem lágy templátként is használható nanorészecskék indukálására királis szerkezetű funkcionális anyagok előállítására. Ezért a királis katalízis, a királis metaanyagok, a polarizációs titkosítás és a bioszenzorika fontos alkalmazási lehetőségekkel rendelkezik.

2. ábra. Nanocellulóz funkcionális anyagok alkalmazásai királis fotonikában

Nanocellulóz funkcionális anyagok szoftverillesztőprogramokhoz

Az utóbbi években a tudósok szintetikus polimerekből származó különféle lágy anyagok, például tipikus hidrogélek, folyadékkristályos elasztomereket és alakmemóriás polimereket felhasználva okosan különféle biomimetikus intelligens aktuátorokat terveztek, amelyek utánozzák, vagy akár túl is szárnyalják az élőlények viselkedését. Ezeket a hagyományos polimer alapú anyagokat azonban gyakran összetett folyamatokkal szintetizálják, költségesek, nehezen lebonthatók vagy újrahasznosíthatók, ami bizonyos terhelést jelenthet a környezetre. Érdemes megjegyezni, hogy a nanocellulóz alapú biomimetikus szoftveraktuátorok egyre nagyobb figyelmet kapnak kiváló mechanikai rugalmasságuk, nagy higroszkópos képességük, fenntarthatóságuk vagy környezetbarátságuk, újrafelhasználhatóságuk vagy biológiailag lebomlóságuk, valamint biokompatibilitásuk miatt.

3. ábra. Nanocellulóz alapú funkcionális anyagok alkalmazása szoftvermeghajtó területen

Nanocellulóz funkcionális anyagok energiatároláshoz

Nagy fajlagos felületének, kiváló mechanikai rugalmasságának, jó kémiai stabilitásának és környezetbarát jellegének, valamint a szálak közötti összefonódásnak köszönhetően a nanocellulóz könnyen kialakít porózus szerkezetet, amely elősegíti az ion- és elektrontranszportot. A szál felületéhez hidrofil funkciós csoportok, például hidroxil- és karboxilcsoportok kapcsolódnak, és jó hidratáló képességgel rendelkezik elektrolitoldatban, ami széleskörű alkalmazási lehetőségeket kínál az energiatárolás területén. A nanocellulóz alapú funkcionális anyagok nemcsak energiatároló eszközök, például membránok, elektrolitok, ragasztók és hordozók alkotóelemeiként használhatók. Ugyanakkor a magas hőmérsékletű karbonizálás, az in situ kémiai polimerizáció és az elektrokémiai leválasztás felhasználható elektroaktív anyagok vegyületeinek előállítására, finomabb nanoszerkezetek és kiváló elektrokémiai tulajdonságok elérése érdekében.

4. ábra. Nanocellulóz alapú funkcionális anyagok alkalmazása az energiatárolás területén

Nanocellulóz funkcionális anyagok biomedicinális alkalmazásokhoz

Száraz állapotban a nanocellulóz mechanikai tulajdonságai összehasonlíthatók az emberi csontokéval, míg nedves állapotban a nanocellulóz fizikai-kémiai tulajdonságai hasonlóak az extracelluláris mátrixéhoz. Ugyanakkor a kiváló fizikai és kémiai tulajdonságok mellett a nanocellulózok nagyfokú kompatibilitással rendelkeznek más polimerekkel vagy funkcionális anyagokkal, ami a nanocellulóz alapú funkcionális anyagokat jó gyakorlati értékkel és széleskörű alkalmazási lehetőségekkel ruházza fel a biomedicinális területen.

5. ábra. Nanocellulóz alapú funkcionális anyagok alkalmazásai a biomedicinában