A nanocelulose é o recurso de biomassa mais abundante na Terra. Ela apresenta as vantagens de fácil degradação, ser renovável, não tóxica, barata e de fácil obtenção. Espera-se que ela substitua os recursos petroquímicos tradicionais e seja utilizada na produção de diversos materiais funcionais avançados com alto valor agregado. De acordo com os métodos de preparação e as fontes de nanocelulose, esta pode ser dividida em três categorias: celulose nanocristalina (CNC), celulose nanofibra (CNF) e celulose bacteriana (BC).

Figura 1. Fontes, microestrutura e aplicações potenciais da nanocelulose.

Materiais funcionais de nanocelulose para fotônica quiral

A quiralidade é onipresente na natureza e desempenha um papel importante nas ciências da vida e na ciência dos materiais. O CNC (cristal nanocristalino) é um tipo de material de cristal fotônico quiral em nanoescala. A estrutura de fase de cristal líquido nemático quiral do CNC pode ser usada não apenas para preparar materiais de membrana funcionais com altas propriedades mecânicas e propriedades ópticas especiais, mas também como um molde flexível para induzir nanopartículas a formar materiais funcionais com estrutura quiral. Portanto, catálise quiral, metamateriais quirais, criptografia por polarização e biossensoriamento têm aplicações importantes.

Figura 2. Aplicações de materiais funcionais de nanocelulose em fotônica quiral

Materiais funcionais de nanocelulose para drivers de software

Nos últimos anos, com base em diversos materiais macios derivados de polímeros sintéticos, como hidrogéis típicos, elastômeros de cristal líquido e polímeros com memória de forma, cientistas têm projetado de forma engenhosa uma variedade de atuadores biomiméticos inteligentes para imitar ou mesmo superar o comportamento motor de organismos. No entanto, esses materiais tradicionais à base de polímeros são frequentemente sintetizados por meio de processos complexos, são caros e difíceis de degradar ou reciclar, o que pode impor um certo ônus ao meio ambiente. Vale ressaltar que os atuadores biomiméticos à base de nanocelulose têm atraído cada vez mais atenção devido à sua flexibilidade mecânica superior, alta capacidade higroscópica, sustentabilidade ou respeito ao meio ambiente, reutilização ou biodegradabilidade e biocompatibilidade.

Figura 3. Aplicação de materiais funcionais à base de nanocelulose no campo de drivers de software.

Materiais funcionais de nanocelulose para armazenamento de energia

Devido à sua grande área superficial específica, excelente flexibilidade mecânica, boa estabilidade química e respeito ao meio ambiente, bem como ao entrelaçamento entre as fibras, a nanocelulose forma facilmente uma estrutura porosa que facilita o transporte de íons e elétrons. Grupos funcionais hidrofílicos, como hidroxila e carboxila, estão ligados à superfície da fibra, conferindo-lhe boa capacidade de umectação em soluções eletrolíticas. Isso faz com que os materiais funcionais derivados tenham um amplo potencial de aplicação na área de armazenamento de energia. Materiais funcionais à base de nanocelulose podem ser utilizados não apenas como componentes em dispositivos de armazenamento de energia, como membranas, eletrólitos, adesivos e suportes, mas também por meio de carbonização em alta temperatura, polimerização química in situ e deposição eletroquímica para compor materiais eletroativos e obter nanoestruturas mais finas e excelentes propriedades eletroquímicas.

Figura 4. Aplicação de materiais funcionais à base de nanocelulose na área de armazenamento de energia.

Materiais funcionais de nanocelulose para aplicações biomédicas

Em estado seco, as propriedades mecânicas da nanocelulose são comparáveis ​​às dos ossos humanos, enquanto em estado úmido, as propriedades físico-químicas da nanocelulose são semelhantes às da matriz extracelular. Ao mesmo tempo, além das excelentes propriedades físicas e químicas, as nanoceluloses apresentam alta compatibilidade com outros polímeros ou materiais funcionais, o que confere aos materiais funcionais à base de nanocelulose bom valor prático e amplas perspectivas de aplicação na área biomédica.

Figura 5. Aplicações de materiais funcionais à base de nanocelulose na área biomédica.