瑞典查尔姆斯理工大学(Chalmers University of Technology)的研究团队近日开发出一种基于面包酵母(Saccharomyces cerevisiae)和微纤化纤维素(MFC)的可3D打印生物材料,有望用作轻质室内覆面板。该研究首次在可演示尺度上系统探索了酵母作为3D打印建筑材料的基本单元。
传统建材——砖、混凝土、玻璃和塑料——消耗了全球30%的原材料,并产生33%的固体废弃物。此前该领域的生物基研究多集中于笨重的结构材料,轻质板材解决方案鲜有人涉足。
为何选择酵母和纤维素?
面包酵母因其快速生长特性——90分钟倍增时间——以及作为酿造工业副产品的易得性而被选中。纤维素则来自木材废料和工业纸浆流,在挤出过程中提供粘度和形状稳定性。
研究团队优化后的配方包含3%酵母溶液、13%微纤化纤维素水溶液、1%海藻酸钠、5%甘油以及水。酵母以两种形式制备:完整烤箱失活细胞(作为填料)和均质化烤箱失活细胞(作为粘合剂)。
热重分析显示,该配方在330°C以上才发生完全热分解,作者认为这对其室内使用的防火安全性具有积极意义。
大型瓷砖打印与演示
研究团队使用安装在KUKA Agilus KR10工业机器人上的压力挤出系统,生产出20cm × 50cm的大型瓷砖。实心瓷砖设计的表面积收缩率为6%,平均三维变形仅0.02毫米。他们还将17块瓷砖组装成一个垂直屏风演示装置,展示了实心、穿孔和混合孔隙结构。
作者指出,在实际应用前还需进一步研究长期耐久性、防潮性、防火性能以及瓷砖装配方法。该研究成果已发表于《建筑研究前沿》(Frontiers of Architectural Research)期刊。
这项突破为建筑行业提供了一种低碳、可再生的材料新思路。利用酵母这一微生物工厂,结合纤维素废料,未来或可大规模生产可降解、轻量化的室内装饰构件,减少对高能耗传统建材的依赖。不过,从实验室到商业化,材料的环境稳定性与施工工艺仍需持续优化。
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