近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書宏院士團(tuán)隊發(fā)展了一種新型納米纖維仿生結(jié)構(gòu)材料的制造方法，成功研制出一類天然納米纖維素高性能結(jié)構(gòu)材料。相關(guān)研究成果近日發(fā)表于《科學(xué)進(jìn)展》。
　　研究結(jié)果表明，這種新型材料具有輕質(zhì)高強(qiáng)韌的優(yōu)異性能，其性能超越航空鋁合金和鋼，且其密度僅為鋼的六分之一、鋁合金的一半。研究人員發(fā)現(xiàn)，該材料的輕質(zhì)高強(qiáng)韌主要來自材料微米級層狀結(jié)構(gòu)和納米三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計，纖維素納米纖維內(nèi)部高度結(jié)晶可以提供極高的強(qiáng)度，纖維之間通過大量氫鍵等可逆相互作用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行結(jié)合，在外力作用下這種高密度的可逆相互作用網(wǎng)絡(luò)可以迅速解離和重構(gòu)，吸收大量能量，使材料在具有高強(qiáng)度的同時實現(xiàn)高韌性，克服了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料難以兼具高強(qiáng)度與高韌性的問題。
　　這種材料還具有極高的尺度穩(wěn)定性和抗熱沖擊性能。在-120℃到150℃的溫度范圍內(nèi)，其熱膨脹系數(shù)極低，即使溫度改變100℃，其尺寸變化也在萬分之五以內(nèi)。另外，在120℃和-196℃之間進(jìn)行反復(fù)劇烈熱沖擊循環(huán)測試下，該力學(xué)性能與尺寸依然高度穩(wěn)定。
　　此外，該材料還具有極高的抗沖擊性能、高損傷容限以及高能量吸收性能。分離式霍普金森壓桿的超高速沖擊實驗結(jié)果表明，該材料在相當(dāng)于一輛高速行駛的汽車的高速沖擊下，表現(xiàn)出超高抗壓強(qiáng)度，這主要是因為材料內(nèi)在的三維納米纖維網(wǎng)絡(luò)在受到高速沖擊時發(fā)生滑移，納米纖維間的大量氫鍵發(fā)生迅速的解離和重構(gòu)，可將沖擊動能吸收并轉(zhuǎn)化為熱量。該材料有望成為合金的替代品。
　　據(jù)悉，該材料在輕量化抗沖擊防護(hù)及緩沖材料、空間材料、精密儀器結(jié)構(gòu)件等應(yīng)用領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1126/sciadv.aaz1114
　　（原載于《中國科學(xué)報》 2020-05-06 第4版 綜合)