科學(xué)家研制新型仿生增強(qiáng)增韌納米復(fù)合纖維材料

自然界的很多生物結(jié)構(gòu)材料，如各種強(qiáng)韌的植物纖維(如麻纖維、棉纖維等)和動(dòng)物纖維(如毛發(fā)、蠶絲等)，是典型的天然納米復(fù)合材料，由高度取向的高強(qiáng)度納米纖維單元包裹在較柔軟的有機(jī)物基質(zhì)中構(gòu)成，并具有高度有序的多級(jí)螺旋纏繞結(jié)構(gòu)。

受生物纖維材料中納米復(fù)合結(jié)構(gòu)和多級(jí)螺旋纏繞結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書宏教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)提出一種新型的仿生設(shè)計(jì)方案，以高強(qiáng)度的細(xì)菌納米纖維素作為增強(qiáng)基元，以海藻酸鈉生物大分子作為較柔軟的有機(jī)物基質(zhì)，通過(guò)將兩者的復(fù)合水溶液進(jìn)行簡(jiǎn)單的溶液紡絲和多級(jí)交互纏繞過(guò)程，從而得到了一種既強(qiáng)又韌的具有類似生物結(jié)構(gòu)特征的人工宏觀纖維材料。微結(jié)構(gòu)觀察表明，細(xì)菌納米纖維素如期地被均勻包裹在海藻酸鈉基質(zhì)中，形成典型的納米復(fù)合結(jié)構(gòu)。同時(shí)，這些納米纖維沿著宏觀纖維的軸向平行排列，纖維整體呈現(xiàn)出類似天然生物纖維的多級(jí)螺旋纏繞結(jié)構(gòu)。

該宏觀納米復(fù)合纖維材料有效地解決了人工材料中強(qiáng)度和韌性之間難以調(diào)和的矛盾，實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)度、斷裂延伸性和韌性的大幅度同步提升。