Face à l’aggravation de la pollution plastique mondiale, les chercheurs recherchent activement des alternatives durables. Une équipe scientifique de l’Université de Houston et de l’Université Rice aux États-Unis a réalisé une percée majeure en convertissant avec succès de la cellulose bactérienne biodégradable en un supermatériau multifonctionnel susceptible de remplacer les plastiques traditionnels.
Processus et résultats de recherche
Ce nouveau matériau est basé sur la cellulose bactérienne, un biopolymère naturel, abondant et entièrement biodégradable. Grâce à des techniques innovantes de biosynthèse, les chercheurs ont utilisé des forces de cisaillement fluidique dans un dispositif de culture rotatif pour synthétiser des feuilles résistantes de cellulose bactérienne avec des nanofibres orientées. Le matériau présente d’excellentes propriétés mécaniques, notamment une haute résistance à la traction, une flexibilité, une capacité de pliage et une transparence optique, tout en maintenant une stabilité à long terme.
Pour améliorer les performances du matériau, l’équipe a également intégré des nano-feuilles de nitrure de bore dans le milieu de culture, produisant des nano-feuilles hybrides de cellulose bactérienne-nitrures de bore. Les tests ont montré une résistance à la traction pouvant atteindre environ 553 MPa, avec une efficacité de dissipation thermique trois fois plus rapide que les échantillons standards, élargissant ainsi son potentiel d’application dans des environnements à haute température ou haute résistance.
Perspectives d’application
Ce matériau offre de vastes perspectives d’application : emballages écologiques, bouteilles d’eau jetables, pansements médicaux, et même appareils électroniques verts et équipements de stockage d’énergie. L’équipe souligne que ce procédé de production en une seule étape et évolutif jette les bases d’applications industrielles, et pourrait à terme remplacer le plastique dans de nombreux domaines, contribuant à atténuer les problèmes de pollution environnementale.
Deux matériaux clés
Que sont les nano-feuilles de nitrure de bore (Boron Nitride Nanosheets, BNNS) ?
Les nano-feuilles de nitrure de bore sont un nanomatériau bidimensionnel (2D) dont la structure similaire au graphène est composée d’atomes de bore (B) et d’azote (N) disposés alternativement en réseau hexagonal. Selon le mode de liaison, le nitrure de bore existe principalement sous deux formes cristallines :• Nitrure de bore hexagonal (h-BN) : La plus stable, avec une structure similaire au graphite, appelée « graphène blanc », possédant une haute conductivité thermique, isolation électrique, inertie chimique et de bonnes propriétés mécaniques.• Nitrure de bore cubique (c-BN) : Dureté proche du diamant, utilisé pour les revêtements ultra-durs.
Propriétés des BNNS :
- Haute conductivité thermique : ~600 W/m·K, supérieure à la plupart des matériaux
- Isolation électrique : bande interdite d’environ 5-6 eV, adaptée aux couches isolantes des dispositifs électroniques
- Stabilité chimique : résistance aux hautes températures, oxydation et corrosion
- Haute résistance mécanique
- Pouvoir lubrifiant : faible coefficient de friction grâce au glissement entre couches
Qu’est-ce que la cellulose bactérienne (Bacterial Cellulose, BC) ?
La cellulose bactérienne est un polymère nanofibreux naturel sécrété par certains microorganismes (comme Komagataeibacter xylinus). Sa composition chimique est le ß-1,4-glucane, identique à la cellulose végétale, mais avec une structure tridimensionnelle ultrafine unique.
Caractéristiques clés :
- Réseau de nanofibres ultrafines : diamètre de 3-100 nm, 1000 fois plus fin que la cellulose végétale (10-50 µm), formant un film gélifié hautement poreux (>90%)
- Haute pureté : exempte d’impuretés végétales comme la lignine ou l’hémicellulose, excellente biocompatibilité
- Haute résistance et capacité de rétention d’eau : résistance à la traction à l’état humide pouvant atteindre 200-300 MPa, capacité d’absorption d’eau de 100-200 fois son poids
- Adaptabilité : les conditions de culture (milieu, température) permettent de réguler l’épaisseur des fibres, la porosité, etc.
Conclusion
Cette recherche combine les avantages multidisciplinaires de la science des matériaux, de la biologie et du nano-ingénierie, montrant une voie innovante pour le développement de matériaux durables. Avec l’amélioration continue de la technologie, ce supermatériau pourrait devenir une solution majeure pour lutter contre la pollution plastique. Stanford Advanced Materials (SAM), fournisseur de matériaux avancés, suit toujours les progrès technologiques de pointe. SAM fournit des matériaux de haute pureté pour aider les chercheurs à repousser les limites de la science.
