中科大研制仿生納米纖維復材

近期，中國科學技術大學俞書宏教授研究團隊借鑒天然生物纖維的策略，成功研制了一種既強又韌的宏觀尺度纖維素基納米復合纖維材料，解決了人工材料中強度和韌性之間難以調和的矛盾。

基于生物質來源的高性能納米復合材料正逐漸成為未來結構和功能應用的理想材料，然而所制纖維素基宏觀纖維材料的強度和韌性之間的矛盾尚未得到解決。反觀自然界，許多植物纖維和動物纖維都有效規避了強、韌之間的矛盾，實現了高強度和高韌性的完美組合。

研究揭示，這些典型的生物結構材料具有一些共性：都是天然的納米復合材料，由高度取向的高強度納米纖維單元包裹在較柔軟的有機物基質中構成，并具有高度有序的多級螺旋纏繞結構。

基于此，研究人員以高強度細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，將兩者的復合水溶液進行溶液紡絲，得到拉伸強度初步提升的單取向結構宏觀納米復合纖維。單純海藻酸鈉宏觀纖維的拉伸強度為190MPa，而所得納米復合纖維的拉伸強度提高至420MPa。

隨后，他們通過多級螺旋纏繞結構設計，得到了具有類似生物纖維結構特征的宏觀人工纖維材料，其拉伸強度繼續提升25%，斷裂延伸率和韌性則分別同步提升近50%和100%。