科學家研制新型仿生增強增韌納米復合纖維材料

自然界的很多生物結構材料，如各種強韌的植物纖維(如麻纖維、棉纖維等)和動物纖維(如毛發、蠶絲等)，是典型的天然納米復合材料，由高度取向的高強度納米纖維單元包裹在較柔軟的有機物基質中構成，并具有高度有序的多級螺旋纏繞結構。

受生物纖維材料中納米復合結構和多級螺旋纏繞結構的啟發，中國科學技術大學俞書宏教授領導的研究團隊提出一種新型的仿生設計方案，以高強度的細菌納米纖維素作為增強基元，以海藻酸鈉生物大分子作為較柔軟的有機物基質，通過將兩者的復合水溶液進行簡單的溶液紡絲和多級交互纏繞過程，從而得到了一種既強又韌的具有類似生物結構特征的人工宏觀纖維材料。微結構觀察表明，細菌納米纖維素如期地被均勻包裹在海藻酸鈉基質中，形成典型的納米復合結構。同時，這些納米纖維沿著宏觀纖維的軸向平行排列，纖維整體呈現出類似天然生物纖維的多級螺旋纏繞結構。

該宏觀納米復合纖維材料有效地解決了人工材料中強度和韌性之間難以調和的矛盾，實現了強度、斷裂延伸性和韌性的大幅度同步提升。