中国科学家研制新型仿生纳米复合纤维材料既强又韧

时间:2019-08-06 来源: 国际新闻
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新的仿生纳米复合纤维材料既坚固又坚韧

合肥,7月30日(记者吴长峰)记者从中国科学技术大学获悉,于淑红教授的研究团队从天然生物纤维战略中学习并成功开发了一种宏观纤维素基纳米复合材料。既坚强又坚韧。纤维材料。相关结果在线发表《国家科学评论》。

纳米级纤维素是地球上最丰富的纳米级原料。它具有许多低密度,良好的热稳定性,优异的机械性能,并且可降解,可再生和可持续。然而,人工制备的纤维素基大纤维材料的强度和韧性之间的矛盾仍然难以解决,并且诸如低韧性和脆性断裂的问题严重地限制了这种材料在高级织物等中的实际应用。

与自然相比,许多植物纤维和动物纤维实现了高强度和高韧性的完美结合。它们有一些共性:它们是由高度定向的高强度纳米纤维单元组成的天然纳米复合材料,包裹在较软的有机基质中,具有高度有序的多级螺旋缠绕结构。

研究人员使用高强度细菌纳米纤维素作为增强元素,海藻酸钠生物大分子作为有机基质溶液旋转两种水溶液,以获得单向取向的宏观纳米复合纤维,其拉伸强度最初得到改善。纯海藻酸钠大纤维的拉伸强度为190MPa,所得纳米复合纤维的拉伸强度增加至420MPa。随后,他们通过多级螺旋缠绕结构设计获得了具有相似生物纤维结构特征的宏观人造纤维材料。拉伸强度继续增加25%,断裂伸长率和韧性分别增加近50%和100%。最终拉伸强度和断裂伸长率分别可达到535MPa和16%。

从这一成就中获得的最高抗拉强度与高性能纤维素基天然植物纤维相当,这种仿生纤维结构设计策略有望应用于其他复杂等级结构材料的设计和制备。

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