中科大研發出新型仿生增強增韌納米復合纖維材料

近期，中國科學技術大學教授俞書宏團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合纖維材料。

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，所得納米復合纖維的拉伸強度提高至420MPa。通過多級螺旋纏繞結構設計，該研究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%，最終拉伸強度、斷裂延伸率和韌性分別可達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，可達到的最高斷裂延伸率超過了絕大多數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。這種仿生纖維結構設計策略有望應用于其他復雜等級結構材料的設計和制備。