용매로서의 물의 기초를 연구하면 더욱 친환경적인 제품을 만들 수 있습니다.

물은 상호작용에 영향을 받지 않는 보편적인 용매가 아닙니다. 노스 캐롤라이나(NC) 주립 대학의 새로운 간행물은 물이 무엇과 상호 작용하는지에 따라 용해도 특성이 바뀔 수 있음을 보여줍니다. 특히, 물이 셀룰로오스와 상호 작용할 때 층상 껍질에 쌓여 재료 내부의 화학 반응과 물리적 특성을 제어할 수 있습니다. 이 작업은 셀룰로오스 기반 제품의 보다 지속 가능하고 효율적인 설계에 영향을 미칩니다.

"셀룰로오스는 세계에서 가장 풍부한 생체고분자이며 붕대에서 전자제품에 이르기까지 다양한 응용 분야에 사용됩니다."라고 NC 주립 대학의 산림 생체 재료 및 화학 교수이자 교신 저자인 Lucian Lucia는 말합니다.새로운 연구 물질에서. “그러나 셀룰로오스 가공은 대부분 시행착오를 거쳐 이루어졌으며, 그 중 일부는 믿을 수 없을 만큼 가혹한 화학물질을 사용합니다. 셀룰로오스를 처리하는 더 나은 방법을 찾으려면 가장 기본적인 상호 작용, 예를 들어 물과의 상호 작용을 이해해야 합니다."

이를 위해 그는 용매로서 물의 기본 특성을 연구하는 NC 주립대학교 화학 교수인 동료 Jim Martin과 함께 작업했습니다.

“물은 무엇을 사용하느냐에 따라 특성을 변화시키는 놀라운 능력을 갖고 있으며, 이는 광범위한 용해도 특성을 제공합니다.”라고 Martin은 말합니다. Martin은 Lucia의 연구와 함께 제공되는 Matter의 의견 기사의 저자입니다.

마틴은 “우리는 물에 녹이는 물질과 물에 있는 용질의 농도에 따라 물의 성질을 바꿉니다.”라고 말합니다. “Kol-Aid와 딱딱한 사탕 사이의 연속체를 생각해 보십시오. 설탕부터 시작합니다. 쿨에이드에서는 설탕이 완전히 용해됩니다. 물을 제거하면 엿이 나오고, 딱딱한 사탕이 나오고, 다시 결정성 설탕이 됩니다.”

“우리는 셀룰로오스가 어떻게 쌓이는지에 물이 매우 중요하다는 것을 알고 있습니다.”라고 Lucia는 말합니다. "그래서 이 연구에서 우리는 그것이 어떻게 방향을 잡고 화학을 완화하거나 활용하는 데 반응적인 역할을 하는지 조사했습니다."

연구자들은 다양한 유형의 목재 섬유를 물리적으로 조작하고 결과 구조 내에서 물이 자체 및 다른 분자에 어떻게 결합하는지 조사했습니다. 그들은 수분 함량이 낮을 때 수분 분포와 그에 따른 물과 섬유 사이의 분자 상호 작용으로 인해 재료 내에 가교 구조가 형성되어 유연성을 잃게 된다는 것을 확인했습니다.

실제로 그들은 물이 셀룰로오스 네트워크 내에 숨어 강한 수소 결합을 형성할 수 있다는 것을 확인했습니다. 이러한 결합은 브리징 구조의 견고성 또는 느슨함을 결정합니다.

마틴은 “물은 마치 중첩된 러시아 인형처럼 쌓일 수 있는 섬유 주위에 껍질을 형성합니다.”라고 말합니다. “껍질이나 층이 적을수록 섬유는 더 단단해집니다. 하지만 레이어를 더 추가하면 섬유 사이의 연결이 멀어지고 소재가 부드러워집니다.”

연구자들은 향후 연구에서 이러한 구조 내에서 물이 형성하는 다양한 결합을 탐구하기를 희망합니다.

Lucian은 “분자 수준에서 이러한 상호 작용을 연구하면 셀룰로오스의 물을 조작하여 더 나은 제품과 공정을 설계하는 길을 열었습니다.”라고 말했습니다. "기본 원리에서 무슨 일이 일어나고 있는지 이해하면 약물 전달부터 전자 장치 설계에 이르기까지 모든 분야에서 물의 특성을 활용하는 접근 방식을 설계할 수 있습니다."

연구 논문 "물-셀룰로오스 네트워크의 분자 구조에 대한 계산 및 실험적 통찰력"과 "용질의 영향을 받는 물: 보편적 용매의 비순결"이라는 사설이 모두 5월 3일에 게재됩니다. Matter 에디션. 이 연구는 국립과학재단(National Science Foundation)의 일부 지원을 받았습니다. 전 NC 주립 박사과정 학생인 Kandoker Samaher Salem은 연구 논문의 첫 번째 저자입니다. 공동 저자로는 전 NC 주립 박사 과정 학생 Nelson Barrios와 현재 NC 주립 교수진 Hasan Jameel 및 Lokendra Pal이 있습니다.

- 이 보도자료는 원래 노스캐롤라이나 주립대학교 웹사이트에 게시된 것입니다.