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        中科大研制仿生納米纖維復(fù)材

        2019-12-22 14:43:44
        網(wǎng)印工業(yè) 2019年9期
        關(guān)鍵詞:纖維材料高強(qiáng)度宏觀

        近期,中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書(shū)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(lái)源的高性能納米復(fù)合材料正逐漸成為未來(lái)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(dòng)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(jí)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(guò)多級(jí)螺旋纏繞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),得到了具有類(lèi)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%。

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