據(jù)悉,，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書宏教授研究團(tuán)隊借鑒天然生物纖維的策略，成功研制了一種既強(qiáng)又韌的宏觀尺度纖維素基納米復(fù)合纖維材料,。相關(guān)成果日前在線發(fā)表于《國家科學(xué)評論》,。

納米尺度纖維素是地球上儲量最豐富的納米級原材料，其密度低,、熱穩(wěn)定性好,、力學(xué)性能出色，同時可降解,、可再生,、可持續(xù)，因而受到諸多關(guān)注,。然而,，人工制備的纖維素基宏觀纖維材料的強(qiáng)度和韌性之間的矛盾尚很難解決，低韌性,、易脆斷等問題嚴(yán)重限制了此類材料在先進(jìn)織物等領(lǐng)域中的實際應(yīng)用,。

反觀自然界，許多植物纖維和動物纖維都實現(xiàn)了高強(qiáng)度和高韌性的完美組合,。它們具有一些共性：都是天然的納米復(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螺旋纏繞結(jié)構(gòu),。

研究人員以高強(qiáng)度細(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有機(jī)物基質(zhì)，將兩者的復(fù)合水溶液進(jìn)行溶液紡絲,，得到拉伸強(qiáng)度初步提升的單取向結(jié)構(gòu)宏觀納米復(fù)合纖維,。單純海藻酸鈉宏觀纖維的拉伸強(qiáng)度為 190 MPa，而所得納米復(fù)合纖維的拉伸強(qiáng)度提高至 420 MPa,。隨后,，他們通過多級螺旋纏繞結(jié)構(gòu)設(shè)計，得到了具有類似生物纖維結(jié)構(gòu)特征的宏觀人工纖維材料,，其拉伸強(qiáng)度繼續(xù)提升 25%,，斷裂延伸率和韌性則分別同步提升近 50% 和 100%，最終拉伸強(qiáng)度,、斷裂延伸率分別可達(dá) 535 MPa,、16%。

該成果所獲得的最高拉伸強(qiáng)度可以和高性能纖維素基天然植物纖維相媲美,，這種仿生纖維結(jié)構(gòu)設(shè)計策略有望應(yīng)用在其他復(fù)雜等級結(jié)構(gòu)材料的設(shè)計和制備中,。