中国材料科学研制新进展：我国科学家研制出仿生结构新材料

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最近，中国科技大学于树鸿院士团队开发了纳米纤维仿生结构材料的新制造方法，并成功开发了一类天然纳米纤维素高性能结构材料。这种新型仿生结构材料集轻质、高韧性、高尺寸稳定性、抗热震性、抗冲击性、高损伤容限等诸多优异性能于一体。它的密度只有钢的六分之一，强度和比韧性都高于传统的合金材料、陶瓷和工程塑料。这种新型仿生结构材料有望取代现有的工程塑料，具有广阔的应用前景。相关研究结果最近发表在《科学进展》杂志上。

研究人员发现该材料具有轻质和高韧性，这主要归功于微米层状结构和纳米三维网络结构的设计。纤维素纳米纤维的高结晶度可以提供极高的强度，并且纤维通过大量可逆的相互作用网络如氢键结合在一起。在外力的作用下，这种高密度的可逆相互作用网络可以迅速解离和重构，吸收大量能量，使材料具有高强度和高韧性，克服了传统结构材料难以同时具有高强度和高韧性的问题。这种材料还具有非常高的尺寸稳定性和抗热震性。在-120℃至150℃的温度范围内，其热膨胀系数极低。即使温度变化100℃，其尺寸变化在5 ‰以内，远优于航空空合金材料和工程塑料，但仅是aviation/きだ0/铝合金的5倍。此外，在120℃至-196℃的反复剧烈热冲击循环试验下，其力学性能和尺寸仍高度稳定。此外，该材料还具有极高的抗冲击性、高损伤容限和高能量吸收性能。分离式霍普金森压杆的超高速冲击试验结果表明，其在相当于高速汽车的高速冲击下表现出超高的抗压强度。这主要是因为材料中的三维纳米纤维网络在受到高速冲击时发生滑移，纳米纤维之间的大量氢键被迅速解离和重构，从而吸收冲击动能并将其转化为热量。将来，这种材料有望成为合金的替代品。

这种新型可持续的天然纳米纤维仿生结构材料集轻质、高韧性、高尺寸稳定性、抗热震性、抗冲击性、高损伤容限等诸多优异性能于一体。，具有优异的综合性能，在轻质抗冲击防护和缓冲材料、空 0材料、精密仪器结构件等领域将有广阔的应用前景。

来源：环球邮报中文网