2019-07-31 23:42:01
生物合成纤维激发了强韧的人造纳米复合纤维

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高性能生物质基纳米复合材料由于其环保,可再生和可持续的特性而成为未来结构和功能应用的有前景的材料。从植物和细菌发酵中获得的生物来源的纳米纤维素(一种纳米纤维)是地球上最丰富的原料。它们最近引起了极大的关注,因为它们具有吸引人的固有优点,包括生物降解性,低密度,热稳定性,可再生资源的全球可用性以及令人印象深刻的机械性能。这些特性使它们成为适合实际应用的下一代高级宏纤维纺纱的合适构件。

在过去的几十年中,已经采用各种策略来获得具有改善的强度和刚度的纤维素基粗纤维。然而,几乎所有这些都是以伸长率和韧性为代价而实现的,因为强度和韧性总是与人造结构材料相互排斥。因此,这种困境对于先前报道的基于纤维素的粗纤维来说是相当普遍的,这极大地限制了它们的实际应用。

在“国家科学评论”上发表的一篇新文章中,最近,由中国科学技术大学(中国科学技术大学)余淑红教授领导的仿生学研究小组寻求灵感,从生物结构中解决这一问题。他们发现广泛生物合成的纤维,如一些植物纤维,蜘蛛丝和动物毛,都具有一些相似的特征。它们既坚固又坚韧,并且具有跨多个长度尺度的分层螺旋结构,其中坚硬且坚固的纳米级纤维构建块嵌入在软质和能量消散基质中。

受生物合成纤维中这些结构特征的启发,他们提出了一种设计策略,以制造具有类似结构特征的纳米纤维素基粗纤维。他们使用细菌纤维素纳米纤维作为坚固和坚硬的结构单元,海藻酸钠作为软基质。通过将简便的湿法纺丝工艺与随后的多次湿法捻合工艺相结合,他们成功地获得了仿生分级螺旋纳米复合材料粗纤维,并且同时实现了预期的拉伸强度,伸长率和韧性的显着改善。

这一成就证明了其生物启发设计的有效性,并为进一步创造许多其他强韧的纳米复合纤维材料提供了潜在的途径,以满足不同的应用需求。

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