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分子模拟和超级计算为节能生物材料带来启示

2024-09-09 10:55:37 精选百科来源：

导读美国能源部橡树岭国家实验室的科学家领导的团队确定并成功演示了一种处理植物基材料纳米纤维素的新方法，这种方法可将能源需求降低 21%。...

美国能源部橡树岭国家实验室的科学家领导的团队确定并成功演示了一种处理植物基材料纳米纤维素的新方法，这种方法可将能源需求降低 21%。该方法是使用实验室超级计算机上的分子模拟发现的，随后进行了试点测试和分析。

该方法利用氢氧化钠和尿素在水中的溶剂，可以显著降低纳米纤维素纤维的生产成本。纳米纤维素纤维是一种坚固、轻质的生物材料，非常适合用作 3D 打印结构(如可持续住房和车辆组件)的复合材料。该研究结果支持发展循环生物经济，其中可再生、可生物降解的材料取代石油基资源，从而实现经济脱碳并减少浪费。

ORNL、田纳西大学诺克斯维尔分校和缅因大学工艺开发中心的同事们合作开展了该项目，旨在寻找一种更高效的方法来生产一种非常理想的材料。纳米纤维素是一种天然聚合物纤维素，存在于植物细胞壁中，其强度是钢的八倍。

科学家们追求更有效的原纤化：将纤维素分离成纳米原纤维的过程，传统上是一种在水性纸浆悬浮液中进行的能量密集型、高压机械过程。

研究人员测试了八种候选溶剂，以确定哪种溶剂对纤维素的预处理效果更好。他们使用计算机模型模拟溶剂和纤维素中原子和分子在移动和相互作用时的行为。

该方法模拟了大约 600 万个原子，使科学家无需在实验室进行初始的、耗时的体力工作即可了解复杂的过程。

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