Nanoselulosa adalah sumber daya biomassa yang paling melimpah di bumi. Keunggulannya meliputi mudah terurai, terbarukan, tidak beracun, murah, dan mudah diperoleh. Diharapkan nanoselulosa dapat menggantikan sumber daya petrokimia tradisional dan digunakan untuk menghasilkan berbagai material fungsional canggih dengan nilai tambah tinggi. Berdasarkan metode preparasi dan sumber nanoselulosa, nanoselulosa dapat dibagi menjadi tiga kategori: selulosa nanokristalin (CNC), selulosa nanofiber (CNF), dan selulosa bakteri (BC).

Gambar 1. Sumber, struktur mikro, dan potensi aplikasi nanoselulosa

Material fungsional nanoselulosa untuk fotonik kiral

Kiralitas tersebar luas di alam dan memainkan peran penting dalam ilmu hayati dan ilmu material. CNC adalah sejenis material kristal fotonik kiral skala nano. Struktur fase kristal cair nematik kiral CNC tidak hanya dapat digunakan untuk menyiapkan material membran fungsional dengan sifat mekanik tinggi dan sifat optik khusus, tetapi juga dapat digunakan sebagai templat lunak untuk menginduksi nanopartikel membentuk material fungsional dengan struktur kiral. Oleh karena itu, katalisis kiral, metamaterial kiral, enkripsi polarisasi, dan biosensing memiliki aplikasi penting.

Gambar 2. Aplikasi material fungsional nanoselulosa dalam fotonik kiral

Material fungsional nanoselulosa untuk driver perangkat lunak

Dalam beberapa tahun terakhir, berdasarkan berbagai material lunak yang berasal dari polimer sintetis, seperti hidrogel tipikal, elastomer kristal cair, dan polimer memori bentuk, para ilmuwan telah dengan cerdik merancang berbagai aktuator cerdas biomimetik untuk meniru atau bahkan melampaui perilaku penggerak organisme. Namun, material berbasis polimer tradisional ini sering disintesis melalui proses yang kompleks, mahal, dan sulit untuk didegradasi atau didaur ulang, yang dapat menimbulkan beban tertentu pada lingkungan. Patut dicatat bahwa aktuator perangkat lunak biomimetik berbasis nanoselulosa telah menarik semakin banyak perhatian karena fleksibilitas mekaniknya yang unggul, kemampuan higroskopis yang tinggi, berkelanjutan atau ramah lingkungan, dapat digunakan kembali atau dapat terurai secara hayati, dan biokompatibel.

Gambar 3. Aplikasi material fungsional berbasis nanoselulosa di bidang driver perangkat lunak.

Material fungsional nanoselulosa untuk penyimpanan energi

Karena luas permukaan spesifiknya yang besar, fleksibilitas mekanik yang sangat baik, stabilitas kimia yang baik, dan ramah lingkungan, serta jalinan antar serat, nanoselulosa mudah membentuk struktur berpori yang memfasilitasi transportasi ion dan elektron. Gugus fungsional hidrofilik seperti gugus hidroksil dan karboksil terikat pada permukaan serat, dan memiliki kemampuan pelembapan yang baik dalam larutan elektrolit, yang membuat material fungsional yang dihasilkan memiliki prospek aplikasi yang luas di bidang penyimpanan energi. Material fungsional berbasis nanoselulosa tidak hanya dapat digunakan sebagai komponen dalam perangkat penyimpanan energi, seperti membran, elektrolit, perekat, dan pembawa. Pada saat yang sama, karbonisasi suhu tinggi, polimerisasi kimia in situ, dan deposisi elektrokimia dapat digunakan untuk menyusun material elektroaktif untuk mendapatkan nanostruktur yang lebih halus dan sifat elektrokimia yang sangat baik.

Gambar 4. Aplikasi material fungsional berbasis nanoselulosa di bidang penyimpanan energi

Bahan fungsional nanoselulosa untuk aplikasi biomedis

Dalam keadaan kering, sifat mekanik nanoselulosa sebanding dengan tulang manusia, sedangkan dalam keadaan basah, sifat fisikokimia nanoselulosa mirip dengan matriks ekstraseluler. Pada saat yang sama, selain sifat fisik dan kimia yang sangat baik, nanoselulosa memiliki kompatibilitas tinggi dengan polimer atau material fungsional lainnya, yang menjadikan material fungsional berbasis nanoselulosa memiliki nilai praktis yang baik dan prospek aplikasi yang luas di bidang biomedis.

Gambar 5. Aplikasi material fungsional berbasis nanoselulosa di bidang biomedis