中科大研发出新型仿生增强增韧纳米复合纤维材料

近期，中国科学技术大学教授俞书宏团队借鉴天然生物纤维策略，研制出一种既强又韧的宏观尺度纤维素基纳米复合纤维材料。

研究人员以高强度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有机物基质，将两者的复合水溶液进行溶液纺丝，得到拉伸强度初步提升的单取向结构宏观纳米复合纤维。单纯海藻酸钠宏观纤维的拉伸强度为190MPa，所得纳米复合纤维的拉伸强度提高至420MPa。通过多级螺旋缠绕结构设计，该研究得到了具有类似生物纤维结构特征的宏观人工纤维材料，其拉伸强度继续提升25%，断裂延伸率和韧性则分别同步提升近50%和100%，最终拉伸强度、断裂延伸率和韧性分别可达535MPa、16%和45MJ·m-3。

该研究解决了人工材料中强度和韧性之间难以调和的矛盾，所获得的最高拉伸强度可和高性能纤维素基天然植物纤维相媲美，可达到的最高断裂延伸率超过了绝大多数纤维素基天然植物纤维和人工合成的纤维素基宏观纤维材料，且具有突出的韧性。这种仿生纤维结构设计策略有望应用于其他复杂等级结构材料的设计和制备。