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中國科學(xué)技術(shù)大俞書宏教授研究團(tuán)隊借鑒天然生物纖維的策略，成功研制了一種既強又韌的宏觀尺度纖維素基納米復(fù)合纖維材料。相關(guān)成果日前在線發(fā)表于《國家科學(xué)評論》。
納米尺度纖維素是地球上儲量最豐富的納米級原材料，其密度低、熱穩(wěn)定性好、力學(xué)性能出色，同時具備可降解、可再生和可持續(xù)性，因而受到諸多關(guān)注。然而，人工制備的纖維素基宏觀纖維材料的強度和韌性之間的矛盾難以解決，低韌性、易脆斷等問題嚴(yán)重限制了此類材料在先進(jìn)織物等領(lǐng)域中的實際應(yīng)用。
反觀自然界，許多植物纖維和動物纖維都實現(xiàn)了高強度和高韌性的完美組合。它們具有一些共性：都是天然的納米復(fù)合材料，由高度取向的高強度納米纖維單元包裹在較柔軟的有機物基質(zhì)中構(gòu)成，并具有高度有序的多級螺旋纏繞結(jié)構(gòu)。
研究人員以高強度細(xì)菌納米纖維素作為增強基元，以海藻酸鈉生物大分子作為有機物基質(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度為190 MPa，而所得納米復(fù)合纖維的拉伸強度提高至420 MPa。隨后，他們通過多級螺旋纏繞結(jié)構(gòu)設(shè)計，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%，最終拉伸強度、斷裂延伸率可分別達(dá)到535 MPa、16%。
該成果所獲得的最高拉伸強度可以和高性能纖維素基天然植物纖維相媲美，這種仿生纖維結(jié)構(gòu)設(shè)計策略有望應(yīng)用在其他復(fù)雜等級結(jié)構(gòu)材料的設(shè)計和制備中。
來源：科技日報
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