近期，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授俞書宏團(tuán)隊借鑒天然生物纖維策略，研制出一種既強又韌的宏觀尺度纖維素基納米復(fù)合纖維材料。

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190MPa，所得納米復(fù)合纖維的拉伸強度提高至420MPa。通過多級螺旋纏繞結(jié)構(gòu)設(shè)計，該研究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、斷裂延伸率和韌性分別可達(dá)535MPa、16%和45MJ·m-3。

該研究解決了人工材料中強度和韌性之間難以調(diào)和的矛盾，所獲得的最高拉伸強度可和高性能纖維素基天然植物纖維相媲美，可達(dá)到的最高斷裂延伸率超過了絕大多數(shù)纖維素基天然植物纖維和人工合成的纖維素基宏觀纖維材料，且具有突出的韌性。這種仿生纖維結(jié)構(gòu)設(shè)計策略有望應(yīng)用于其他復(fù)雜等級結(jié)構(gòu)材料的設(shè)計和制備。