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瑞典研制出世界最强生物基纤维材料
2018-05-17

    【据科学日报网站2018年5月16日报道】瑞典研究团队已经研制出一种生物基材料,其强度超过了所有已知的生物基材料,无论是人工合成材料还是天然材料,包括钢材和蜘蛛丝。这一成果已经在美国化学学会出版的ACS Nano杂志上发表(DOI: 10.1021/acsnano.8b0108)。

   纤维素纳米纤维(CNF)是木材和其他植物体的基本组成部分。研究人员报告说,利用CNF进行处理,克服了将这些纳米纤维大规模用于飞机、汽车和家具等产品中的技术难题,研制出尺寸较大、具有轻质高强等优异力学性能的生物基材料。

    “天然蜘蛛丝通常被认为是最强的生物基材料,这里生产的生物基纳米纤维素纤维的强度是天然蜘蛛丝8倍。” 论文作者、斯德哥尔摩KTH皇家理工学院的丹尼尔·索德博格(Daniel Söderberg)介绍称,“这种材料的强度超过了金属、合金、陶瓷和无碱玻璃纤维的强度。”

    在论文中,研究人员描述了一种模拟自然界将纤维素纳米纤维排列成几乎完美的宏观布局的新方法,该方法源自对物理控制组件(例如CNF)在纳米级制造期间的结构化方式的洞察。该方法涉及控制在不锈钢中铣削的1毫米宽的通道中悬浮在水中的纳米纤维的流动。连接去离子水和低pH水的流量有助于将纳米纤维沿正确的方向对齐,并使CNF之间的超分子相互作用能够自组织成充分包裹的状态,并将它们连接在一起。

    索德博格表示,理解和控制完美纳米结构所必需的关键基本参数及过程,如粒径、相互作用、对齐、扩散、网络形成和组装等,使这一发现成为可能。

    索德博格称,这项研究为开发纳米纤维材料开辟了道路,该材料在保持纳米纤维的拉伸强度和承受机械载荷能力的同时,可以扩展到更大的结构。该工艺也可用于控制碳管和其他纳米级纤维的纳米级组装。

    根据论文,该材料的拉伸刚度为86吉帕(GPa),拉伸强度为1.57吉帕。(中国船舶工业综合技术经济研究院 直尹 丁宏)

  图 瑞典研发的生物基纳米纤维素纤维扫描电镜图

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