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突破强度韧性矛盾!中科大研发新型复合纤维材料

2019-07-30 14:50:29 来源:环球塑化

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  据中科大网站消息,中国科学技术大学俞书宏教授研究团队,成功研制了一种既强又韧的纳米尺度纤维素基纳米复合纤维材料




  众所周知,材料科学讲究平衡。通常情况下,研究人员在提高材料的某一特性时会看到其他特性的相应下降。强度和韧性就是这样的一对矛盾体。强度越高的材料,韧性越低,其吸收能量的机制遭到破坏而更易破裂。


  而俞书宏教授研究团队则完美的解决了这一个问题,其研究揭示,这些典型的生物结构材料具有一些共性:都是天然的纳米复合材料,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。



  基于此,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,而所得纳米复合纤维的拉伸强度提高至420MPa。


  随后,他们通过多级螺旋缠绕结构设计,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%。


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