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【安徽新闻综合广播】中国科大研制出轻质高强

 

  中国科学技术大学俞书宏院士团队近日在新型纳米纤维素高性能仿生结构材料研制中获重要进展,成功研制了一类天然纳米纤维素高性能结构材料,具有轻质、高强韧等优异的综合性能。相关研究成果发表在《科学进展》期刊上。安徽台记者王莹报道:

  航空航天等领域对工程结构材料不断提出新需求,研制全面超越工程塑料、陶瓷和金属材料等传统结构材料的新型轻质高强材料,对相关领域的实际应用具有重要的战略意义。

  俞书宏院士团队近日成功研制出一种天然纳米纤维素高性能结构材料。这种材料摸上去就像是塑料,虽然很轻但兼具高强度、高韧性的优点。据介绍,制作这种材料的基础材料其实就是纤维素,正是纤维素的特性赋予了这种材料的综合性能。纳米纤维内部高度结晶可以提供极高的强度,纤维之间通过大量氢键等可逆相互作用网络进行结合,使材料在具有高强度的同时实现高韧性。打个比方说,这就好比是铺设路面,如果用颗粒较大的石头,路面就很粗糙;如果用细碎的砂石,砂石之间的作用力更强,路面就很致密。俞书宏:【出录音】“纳米纤维素这么细的纤维之间作用力实际上是一种相互之间的作用力,纤维之间都是相互的团结,相互作用力非常强,整体材料表现出来的性能就非常优越。”

  此外,这种材料热膨胀系数极低,即使温度波动100℃,其尺寸变化也在万分之五内,远优于航空合金材料和工程塑料。在200℃和-196℃之间进行反复剧烈热冲击循环测试下,其力学性能与尺寸依然高度稳定。俞书宏院士团队成员管庆方:【出录音】“目前传统材料当中,热膨胀率最低的最稳定的是陶瓷,我们从这种自然当中提取的纤维素它一样有非常高的结晶度,同时它是一种三维纳米纤维的网络,两方面的原因导致它具有非常高的尺寸稳定性,它的热膨胀率与陶瓷相当,在所有的这种传统材料当中是非常少见的。”

  这种可持续新型天然纳米纤维仿生结构材料集成了轻质高强韧、高尺寸稳定性、抗热震、抗冲击、高损伤容限等优异性能,所以有望替代现有的工程塑料,它将在轻量化抗冲击防护及缓冲材料、空间材料、精密仪器结构件等领域具有广阔的应用前景。