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中科大成功研制一類(lèi)天然納米纖維素高性能結(jié)構(gòu)材料

來(lái)源:科技日?qǐng)?bào)2020-05-07 我要評(píng)論(0 )   

日前從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉,該校俞書(shū)宏院士團(tuán)隊(duì)成功研制了一類(lèi)天然納米纖維素高性能結(jié)構(gòu)材料,其密度僅為鋼的六分之一,而比強(qiáng)度、比韌性均超過(guò)傳統(tǒng)合金材料、陶瓷和...

日前從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉,該校俞書(shū)宏院士團(tuán)隊(duì)成功研制了一類(lèi)天然納米纖維素高性能結(jié)構(gòu)材料,其密度僅為鋼的六分之一,而比強(qiáng)度、比韌性均超過(guò)傳統(tǒng)合金材料、陶瓷和工程塑料。這種新型全生物質(zhì)仿生結(jié)構(gòu)材料有望替代現(xiàn)有的工程塑料,具有廣泛的應(yīng)用前景。相關(guān)研究成果發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》期刊上。


航空航天等領(lǐng)域?qū)こ探Y(jié)構(gòu)材料不斷提出新需求,研制全面超越工程塑料、陶瓷和金屬材料等傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料的新型輕質(zhì)高強(qiáng)材料,對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用具有重要的戰(zhàn)略意義。


研究發(fā)現(xiàn),這種材料的輕質(zhì)高強(qiáng)韌特性主要來(lái)自材料微米級(jí)層狀結(jié)構(gòu)和納米三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。纖維素納米纖維內(nèi)部高度結(jié)晶可以提供極高的強(qiáng)度,纖維之間通過(guò)大量氫鍵等可逆相互作用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行結(jié)合,在外力作用下這種高密度的可逆相互作用網(wǎng)絡(luò)可以迅速解離和重構(gòu),吸收大量能量,使材料在具有高強(qiáng)度的同時(shí)實(shí)現(xiàn)高韌性,克服了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料難以兼具高強(qiáng)度與高韌性的問(wèn)題。此外,這種材料熱膨脹系數(shù)極低,即使溫度波動(dòng)100℃,其尺寸變化也在萬(wàn)分之五內(nèi),遠(yuǎn)優(yōu)于航空合金材料和工程塑料,僅為航空鋁合金的五分之一,工程塑料的幾十分之一,與陶瓷接近。另外,在120℃和-196℃之間進(jìn)行反復(fù)劇烈熱沖擊循環(huán)測(cè)試下,其力學(xué)性能與尺寸依然高度穩(wěn)定。在相當(dāng)于一輛高速行駛的汽車(chē)的高速?zèng)_擊下,該材料表現(xiàn)出超高抗壓強(qiáng)度,有望作為合金的替代品。


這種可持續(xù)新型天然納米纖維仿生結(jié)構(gòu)材料,集成了輕質(zhì)高強(qiáng)韌、高尺寸穩(wěn)定性、抗熱震、抗沖擊、高損傷容限等優(yōu)異性能,在輕量化抗沖擊防護(hù)及緩沖材料、空間材料、精密儀器結(jié)構(gòu)件等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。


科技日?qǐng)?bào)(記者吳長(zhǎng)鋒 通訊員楊凡)


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航空航天納米纖維素
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