中科大研制仿生納米纖維復(fù)材

近期，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書宏教授研究團(tuán)隊(duì)借鑒天然生物纖維的策略，成功研制了一種既強(qiáng)又韌的宏觀尺度纖維素基納米復(fù)合纖維材料，解決了人工材料中強(qiáng)度和韌性之間難以調(diào)和的矛盾。

基于生物質(zhì)來源的高性能納米復(fù)合材料正逐漸成為未來結(jié)構(gòu)和功能應(yīng)用的理想材料，然而所制纖維素基宏觀纖維材料的強(qiáng)度和韌性之間的矛盾尚未得到解決。反觀自然界，許多植物纖維和動物纖維都有效規(guī)避了強(qiáng)、韌之間的矛盾，實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)度和高韌性的完美組合。

研究揭示，這些典型的生物結(jié)構(gòu)材料具有一些共性：都是天然的納米復(fù)合材料，由高度取向的高強(qiáng)度納米纖維單元包裹在較柔軟的有機(jī)物基質(zhì)中構(gòu)成，并具有高度有序的多級螺旋纏繞結(jié)構(gòu)。

基于此，研究人員以高強(qiáng)度細(xì)菌納米纖維素作為增強(qiáng)基元，以海藻酸鈉生物大分子作為有機(jī)物基質(zhì)，將兩者的復(fù)合水溶液進(jìn)行溶液紡絲，得到拉伸強(qiáng)度初步提升的單取向結(jié)構(gòu)宏觀納米復(fù)合纖維。單純海藻酸鈉宏觀纖維的拉伸強(qiáng)度為190MPa，而所得納米復(fù)合纖維的拉伸強(qiáng)度提高至420MPa。

隨后，他們通過多級螺旋纏繞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，得到了具有類似生物纖維結(jié)構(gòu)特征的宏觀人工纖維材料，其拉伸強(qiáng)度繼續(xù)提升25%，斷裂延伸率和韌性則分別同步提升近50%和100%。