科学家研制新型仿生增强增韧纳米复合纤维材料

自然界的很多生物结构材料，如各种强韧的植物纤维(如麻纤维、棉纤维等)和动物纤维(如毛发、蚕丝等)，是典型的天然纳米复合材料，由高度取向的高强度纳米纤维单元包裹在较柔软的有机物基质中构成，并具有高度有序的多级螺旋缠绕结构。

受生物纤维材料中纳米复合结构和多级螺旋缠绕结构的启发，中国科学技术大学俞书宏教授领导的研究团队提出一种新型的仿生设计方案，以高强度的细菌纳米纤维素作为增强基元，以海藻酸钠生物大分子作为较柔软的有机物基质，通过将两者的复合水溶液进行简单的溶液纺丝和多级交互缠绕过程，从而得到了一种既强又韧的具有类似生物结构特征的人工宏观纤维材料。微结构观察表明，细菌纳米纤维素如期地被均匀包裹在海藻酸钠基质中，形成典型的纳米复合结构。同时，这些纳米纤维沿着宏观纤维的轴向平行排列，纤维整体呈现出类似天然生物纤维的多级螺旋缠绕结构。

该宏观纳米复合纤维材料有效地解决了人工材料中强度和韧性之间难以调和的矛盾，实现了强度、断裂延伸性和韧性的大幅度同步提升。