Nanoselluloosasta edistyksellisiä vaahtomateriaaleja vedenpuhdistukseen, älypakkauksiin ja vihreään elektroniikkaan

Uudessa väitöstutkimuksessa keskityttiin uuden sukupolven superkevyisiin vaahtoihin, joita kutsutaan aerogeeleiksi ja jotka voivat sisältää ilmaa yli 99 prosenttia painostaan. Vaahtojen raaka-aineena toimii puusellusta valmistettu nanoselluloosa.

”Selluloosa muunnetaan ohuista ja vahvoista selluloosananokuiduista koostuvaksi vesigeeliksi, joka sitten kuivataan aerogeeliksi: erittäin kevyeksi ja huokoiseksi kiinteäksi aineeksi, joka koostuu pääasiassa ilmasta. Aerogeeleistä voidaan valmistaa monia korkean teknologian sovelluksia, kuten materiaaleja epäpuhtauksien poistamiseen vedestä, kosteuteen tai lämpötilaan reagoivia älykkäitä pakkauksia sekä kevyitä materiaaleja langattomiin ja radiotaajuisiin tietoliikenneteknologioihin”, Karzarjeddi selittää.

Väitöstyössä kehitettiin esimerkiksi pieniä, pallomaisia ja kevyitä aerogeelirakeita, niin sanottuja superabsorbenttejä, jotka imevät erittäin tehokkaasti öljyjä ja liuottimia vedestä. Rakeisiin lisättiin magneettisia nanohiukkasia, jotta ne voidaan helposti kerätä ja käyttää uudelleen. Aerogeelipallot voivat imeä esimerkiksi kasviöljyä jopa noin 280-kertaisen määrän painoonsa nähden.

Nanoselluloosasta luotiin myös vaahtorakenteita langattomiin 5G- ja 6G-telekommunikaatioteknologioihin, joissa niitä voidaan hyödyntää korkeiden radiotaajuussignaalien muokkaamiseen. Nanoselluloosavaahtojen etuna on erityisesti niiden matalat signaalihäviöt.

Valtaosa tänä päivänä käytössä olevista vaahdoista ja huokoisista materiaaleista, esimerkiksi polyuretaani, on valmistettu fossiilisista raaka-aineista, ja niitä on vaikea kierrättää.

Karzarjeddin väitöstyön ohjaaja, professori Henrikki Liimatainen korostaa biopohjaisten materiaalien merkitystä: ”Uusia biomateriaaleja, jotka edistävät kestävän kehityksen tavoitteita ja mahdollistavat uusia tulevaisuuden teknologioita, tarvitaan laajasti”, Liimatainen toteaa.

”Selluloosan nanomateriaaleilla on monia ainutlaatuisia ominaisuuksia ja niitä voidaan muuntaa vaahtojen lisäksi erilaisiin muotoihin, kuten läpinäkyviksi kalvoiksi. Ne mahdollistavat kevyempien, vahvempien ja tehokkaampien materiaalien kehittämisen, jotka voivat mullistaa monia eri teollisuudenaloja”, Liimatainen jatkaa.

Nanoselluloosaan pohjautuvia materiaaleja kehitetään laajasti Liimataisen johtamassa Oulun yliopiston kuitu- ja partikkelitekniikan tutkimusyksikössä. Syyskuun alussa tarkastetussa Matias Lakovaaran väitöstyössä tutkittiin vedenkestäviä nanoselluloosakalvoja elintarvikepakkauksissa ja painetun elektroniikan sovelluksissa. Lue lisää: Selluloosan nanomateriaaleihin perustuvien kalvojen ja pinnoitteiden vedenkestävyyden parantaminen syväeutektisilla liuottimilla.

Oulun yliopiston väitöskirjatutkija Mohammad Karzarjeddi väittelee perjantaina 26.9. Väitöskirjan suomennettu otsikko on Nanoselluloosan hybridiaerogeelit vedenpuhdistukseen, älypakkauksiin ja vihreään elektroniikkaan. Vastaväittäjänä toimii apulaisprofessori Falk Liebner BOKU yliopistosta Wienistä ja kustoksena professori Henrikki Liimatainen Oulun yliopistosta. Väitöstilaisuus alkaa kello 12 Linnanmaalla salissa TA105 (Arina-Sali).