La dernière décennie a vu une augmentation des publications scientifiques et des brevets sur la cellulose, le polymère naturel le plus abondant. En examinant ces articles, un chercheur du département de conception graphique et de projets d'ingénierie de l'UPV/EHU a exploré le niveau de développement de matériaux nanohybrides fabriqués à partir de nanocristaux de cellulose combinés à des particules organiques et inorganiques. L'examen porte sur les méthodes de fabrication, types de nanohybrides créés, et leurs applications.

Erlantz Lizundia-Fernandez, qui enseigne dans le département de conception graphique et de projets d'ingénierie de l'UPV/EHU, fonctionne avec des polymères renouvelables. "Nous cherchons à faire avancer l'économie circulaire donc nous utilisons des matériaux renouvelables pour remplacer les applications qui proviennent actuellement du pétrole, ou, par exemple, ils peuvent donc être utilisés pour substituer des éléments rares tels que le lithium ou le cobalt. Mes recherches portent sur la cellulose, et parmi tous les types de cellulose, J'ai travaillé principalement avec des nanocristaux, " il a dit.

En tant qu'expert en la matière, Lizundia a passé en revue avec trois autres chercheurs italiens et canadiens les principaux développements et avancées qui ont émergé récemment dans le domaine des nanocristaux de cellulose. « Il existe un grand nombre de travaux de recherche expliquant la synthèse de matériaux de ce type et qui s'orientent vers ce que l'on appelle la preuve de concept, en d'autres termes, pour montrer qu'ils peuvent être utilisés pour une application spécifique. Les nanocristaux de cellulose ont été largement utilisés pour renforcer mécaniquement les polymères. Pourtant, rares sont les travaux qui répertorient et expliquent les applications des matériaux hybrides produits à partir de nanocristaux de cellulose. C'est ce à quoi nous avons contribué :nous avons décrit l'état de l'art dans ce domaine de connaissances en procédant à une revue approfondie des articles publiés à ce sujet, " a expliqué le chercheur.

Les cristaux de cellulose peuvent être extraits de tout objet contenant de la cellulose, que ce soit un arbre ou un journal, et ces cristaux sont utilisés comme base, comme une matrice, produire des matériaux multifonctionnels en les hybridant avec d'autres composants, telles que les nanoparticules d'oxyde métallique, nanoparticules de carbone ou autres d'origine naturelle. Les matériaux créés ont de nombreuses propriétés intéressantes :ils sont renouvelables et biodégradables, ils peuvent être obtenus simplement et à moindre coût, ils offrent une grande flexibilité, sont de faible densité et de porosité élevée, et avoir une excellente mécanique, propriétés thermiques et physico-chimiques, entre autres. Dans l'analyse, ils ont exploré en profondeur trois aspects des matériaux hybrides :le processus de fabrication par lequel ils sont formés, les types de matériaux hybrides produits, et les applications pour lesquelles ils sont utilisés.

Une multitude d'applications en ingénierie et en médecine

Lizundia et les autres chercheurs ont passé en revue les méthodes de fabrication utilisées pour former des matériaux hybrides avec une gamme de morphologies et de formes. "La méthode la plus répandue est la plus simple de toutes, " ils ont dit dans l'article :les nanocristaux de cellulose et les autres éléments destinés à former le matériau hybride sont mélangés dans une solution; cette solution est décantée sur une surface et l'eau est laissée s'évaporer. " Grâce à cette technique, les nanocristaux de cellulose produisent des structures en forme d'hélice, structures nématiques chirales. « La particularité de ces structures est qu'elles confèrent au matériau une couleur structurelle. Les nanocristaux sont organisés en couches et, selon la distance entre les couches, le matériau hybride réfléchira la lumière dans une longueur d'onde ou une autre, ce qui revient à dire qu'il sera d'une couleur ou d'une autre, " a ajouté Lizundia.

Outre le procédé de fabrication mentionné ci-dessus, l'étude a également nécessité un filtrage, impression en 3D, prise en compte de l'assemblage couche par couche et du procédé sol-gel. Dans tous les cas, le degré de développement de la méthode est décrit et les caractéristiques des matériaux qu'elle produit sont citées. Cependant, un chapitre entier est ensuite consacré aux caractéristiques des nanohybrides formés dans les différentes études analysées; elle est suivie d'une classification en termes d'éléments ajoutés aux nanocristaux :métaux, oxydes métalliques, nanofibres et nanoparticules de carbone, couches de graphène, nanoparticules luminescentes, etc. Enfin, les applications proposées pour les matériaux hybrides sont examinées, se concentrant principalement sur les domaines de l'ingénierie et de la médecine. Capteurs, convertisseurs catalytiques, les matériaux de traitement des eaux usées et les applications énergétiques développées au moyen de nanocristaux de cellulose se distinguent parmi les applications d'ingénierie. Et parmi ceux orientés vers les applications médicales, ils citent les apports des matériaux aux domaines, comme le génie tissulaire, l'administration de médicaments, solutions antibactériennes ou pansements.

Dans chacune des parties mentionnées, ils passent en revue ce qui a été réalisé dans les différents travaux de recherche, mais en tant qu'experts en la matière, ils apportent également leur propre appréciation sur le potentiel des matériaux et ce qui reste à développer. Lizundia est arrivée à la conclusion suivante :« Ce travail a permis de rassembler toutes les recherches réparties sur différents sites, et nous offrons une image complète du niveau de développement des matériaux hybrides. De cette façon, nous espérons que l'intérêt pour eux augmentera et que la recherche dans ce domaine sera encouragée pour combler les lacunes que nous avons trouvées, comme une étude de nanotoxicité dans des applications médicales ou l'établissement de l'impact environnemental de ces matériaux."