[科学技术]中国研制出轻质高强韧纳米纤维素仿生结构材料

科技日报(记者吴长锋通讯员杨凡)近日，记者从中国科学技术大学获悉，俞树鸿院士团队成功研制出一种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，而比强度和比韧性却高于传统合金材料、陶瓷和工程塑料。这种新型仿生结构材料有望取代现有的工程塑料，具有广阔的应用前景。相关研究成果发表在《科学进步》杂志上。

空航空航天等领域对工程结构材料提出了新的要求。开发出完全超越工程塑料、陶瓷、金属材料等传统结构材料的新型轻质高强材料，对于相关领域的实际应用具有重要的战略意义。

发现这种材料的轻质、高韧性和韧性主要来源于微米级层状结构和纳米三维网络结构的设计。纤维素纳米纤维中的高结晶度可以提供极高的强度，纤维通过大量氢键等可逆的相互作用网络结合在一起。在外力的作用下，这种高密度的可逆相互作用网络可以快速解离和重构，吸收大量能量，使材料具有高强度和高韧性，克服了传统结构材料难以同时具有高强度和高韧性的问题。此外，这种材料的热膨胀系数极低，即使温度波动100℃，其尺寸变化也在5 ‰以内，远远优于航空空合金材料和工程塑料，只有航空空铝合金的五分之一，工程塑料的十分之几。此外，在120℃至-196℃之间的反复剧烈热冲击循环试验中，机械性能和尺寸仍然高度稳定。在相当于高速汽车的高速冲击下，该材料表现出超高的抗压强度，有望作为合金替代品使用。

这种新型可持续的天然纳米纤维仿生结构材料集轻质、高韧性、高尺寸稳定性、抗热震性、抗冲击性、高损伤容限性等优异性能于一体。在轻质冲击防护和缓冲材料、空材料、精密仪器结构件等领域具有广阔的应用前景。