Les nanocomposites à base de biomasse à haute performance apparaissent comme des matériaux prometteurs pour de futures applications structurelles et fonctionnelles en raison de leur respect de l'environnement, caractéristiques renouvelables et durables. Les nanocelluloses biosourcées (sorte de nanofibres) obtenues à partir de plantes et de fermentation bactérienne sont les matières premières les plus abondantes sur terre. Ils ont récemment attiré une attention considérable en raison de leurs mérites inhérents attrayants, notamment la biodégradabilité, faible densité, stabilité thermique, disponibilité mondiale à partir de ressources renouvelables, ainsi que des propriétés mécaniques impressionnantes. Ces caractéristiques en font des blocs de construction appropriés pour faire tourner la prochaine génération de macrofibres avancées pour des applications pratiques.

Au cours des dernières décennies, diverses stratégies ont été poursuivies pour obtenir des macrofibres à base de cellulose avec une résistance et une rigidité améliorées. Cependant, presque tous ont été obtenus au détriment de l'allongement et de la ténacité, parce que la résistance et la ténacité sont toujours mutuellement exclusives pour les matériaux structurels artificiels. Par conséquent, ce dilemme est assez courant pour les macrofibres à base de cellulose signalées précédemment, ce qui limite considérablement leurs applications pratiques.

Dans un nouvel article publié dans le Revue scientifique nationale , Récemment, une équipe de recherche en bionique dirigée par le professeur Yu Shuhong de l'Université des sciences et technologies de Chine (USTC) a cherché une inspiration pour résoudre ce problème à partir de structures biologiques. Ils ont découvert que les fibres biosynthétisées répandues, comme certaines fibres végétales, soie d'araignée, et poils d'animaux, ont tous des caractéristiques similaires. Ils sont à la fois forts et résistants, et ont des structures hélicoïdales hiérarchiques sur plusieurs échelles de longueur avec des blocs de construction fibreux à l'échelle nanométrique rigides et solides intégrés dans des matrices molles et dissipatrices d'énergie.

Inspiré par ces caractéristiques structurelles des fibres biosynthétisées, ils ont présenté une stratégie de conception pour fabriquer des macrofibres à base de nanocellulose avec des caractéristiques structurelles similaires. Ils ont utilisé des nanofibres de cellulose bactérienne comme blocs de construction solides et rigides, alginate de sodium comme matrice molle. En combinant un processus de filage humide facile avec une procédure de torsion humide multiple subséquente, ils ont obtenu avec succès des macrofibres nanocomposites hélicoïdales hiérarchiques biomimétiques, et réalisé une amélioration impressionnante de leur résistance à la traction, allongement et ténacité simultanément comme prévu.

Cette réalisation certifie la validité de leur conception bio-inspirée et fournit une voie potentielle pour créer davantage de nombreux autres matériaux de fibres nanocomposites solides et résistants pour diverses applications.