On the Development and Applications of Cellulosic Nanofibrillar and Nanocrystalline Materials

Authors

  • Wadood Hamad

    Corresponding author
    1. Pulp and Paper Research Institute of Canada, 3800 Wesbrook Mall, Vancouver, BC, Canada V6S 2L9
    • Pulp and Paper Research Institute of Canada, 3800 Wesbrook Mall, Vancouver, BC, Canada V6S 2L9
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Abstract

Nanoscience, where physics, chemistry, biology and materials science converge, deals with the manipulation and characterization of matter at molecular to micron scale. Nanotechnology is the emerging engineering discipline that applies nanoscience to create products. Because of their size, nanomaterials have the ability to impart novel and/or significantly improved physical (strength, stiffness, abrasion, thermal), chemical (catalytic, ion-exchange, membranes), biological (anti-microbial, compatibility) and electronic (optical, electrical, magnetic) properties. While chemistry and physics of simple atoms and molecules are fairly well understood, predictable and no longer considered overly complex, serious attempts to bridge across the length scales from nano to macro remain a major challenge, and will occupy researchers and scientists for years ahead.

This review paper highlights the potential significant benefits emanating from fibre engineering and selective design of lignocellulosics using evolutionary developmental processes with the objective of producing high value-added products of superior end-use performance for existing and new markets. The development and application of nanotechnologies to increase the potential utilization of renewable biomaterials so as to reduce supply chain costs (better with less material) and add functionality will improve the competitiveness of forestry materials and consolidate their utilization in "smart" packaging, E-paper, advanced engineering and structural composite materials, and cosmetics.

Abstract

Les nanosciences, où convergent la physique, la chimie, la biologie et la science des matériaux, traite de la manipulation et de la caractérisation de matières à des échelles allant de l'échelle moléculaire au micron. La nanotechnologie est une discipline émergente de l'ingénierie et recourt aux nanosciences pour créer des produits. En raison de leur taille, les nanomatériaux ont la capacité de conférer des propriétés nouvelles ou largement améliorées que ce soit en terme physique (force, rigidité, abrasion, thermique), chimique (catalytique, échange d'ions, membranes), biologiques (anti-microbiens, compatibilité) et électronique (optique, électrique, magnétique). Bien que la chimie et la physique des atomes et des molécules simples sont assez bien comprises, sont prédictibles et ne sont plus considérées comme très complexes, les tentatives sérieuses pour passer au échelles de longueur allant du nano au macro demeurent un défi important, et cela occupera les chercheurs et les scientifiques pour plusieurs années.

Dans cette article de revue, on souligne les avantages potentiels significatifs venant de l'ingénierie des fibres et de la conception sélective de lignocelluloses à l'aide de procédés de développement évolutifs, pour fabriquer des produits à forte valeur ajoutée ayant une performance d'usage final supérieur pour des marchés existants et nouveaux. Le fait de développer et d'appliquer les nanotechnologies pour accroître l'utilisation potentielle des biomatériaux renouvelables dans le but de réduire les coûts de la chaîne d'approvisionnement (faire mieux avec moins de matériaux) et d'ajouter des propriétés fonctionnelles, améliorera la compétitivité des matériaux forestiers et consolidérera leur utilisation dans les emballages « intelligents », le papier électronique, les matériaux d'ingénierie avancée et à base de composites structuraux ainsi que les cosmétiques.

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