中国科学技术大学俞书宏院士团队成功研制了一类天然纳米纤维素高性能结构材料,其密度仅为钢的六分之一,而比强度、比韧性均超过传统合金材料、陶瓷和工程塑料。这种新型全生物质仿生结构材料有望替代现有的工程塑料,具有广泛的应用前景。
研究发现,这种材料的轻质高强韧特性主要来自材料微米级层状结构和纳米三维网络结构设计。纤维素纳米纤维内部高度结晶可以提供极高的强度,纤维之间通过大量氢键等可逆相互作用网络进行结合,在外力作用下这种高密度的可逆相互作用网络可以迅速解离和重构,吸收大量能量,使材料在具有高强度的同时实现高韧性,克服了传统结构材料难以兼具高强度与高韧性的问题。此外,这种材料在120℃和-196℃之间进行反复剧烈热冲击循环测试下,其力学性能与尺寸依然高度稳定。在相当于一辆高速行驶的汽车的高速冲击下,该材料表现出超高抗压强度,有望作为合金的替代品。(本报综合)