密度僅為鋼的六分之一,輕盈但強(qiáng)度、韌性超過傳統(tǒng)陶瓷與合金,可承受從零下120攝氏度到零上150攝氏度的極端溫度,且“吸能”耐撞,這是中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書宏院士團(tuán)隊(duì)研制的一種綜合性能強(qiáng)勁的“超級(jí)材料”,在汽車、航空航天等領(lǐng)域具有應(yīng)用前景,并有望替代工程塑料減少污染。
纖維素是世界上蘊(yùn)藏量最豐富的天然生物質(zhì)材料,在樹木、水稻、小麥、棉花中都大量存在。少有人知的是,纖維素在微觀層面性能強(qiáng)大,直徑小于頭發(fā)絲萬分之一的納米纖維素,強(qiáng)度超過鋼鐵。但是,纖維素組成的宏觀材料卻變得“柔弱”。因此,在宏觀層面再現(xiàn)纖維素的強(qiáng)大性能,成為國際材料科研的重大挑戰(zhàn)。
近期,俞書宏團(tuán)隊(duì)運(yùn)用創(chuàng)新工藝,在國際上首次將納米纖維素加工成一種新材料。經(jīng)檢驗(yàn),其密度僅為鋼的六分之一、航空鋁合金的一半,輕盈得多,卻“更強(qiáng)更韌”。
據(jù)介紹,這種新材料的尺度穩(wěn)定性極高,熱膨脹系數(shù)接近陶瓷。在零下120攝氏度到零上150攝氏度范圍內(nèi),當(dāng)溫度改變100攝氏度,其尺寸變化不到萬分之五。它還很“耐撞”,受到時(shí)速100公里的撞擊,能瞬時(shí)將巨大的能量吸收耗散。受穿刺沖擊時(shí)只有局部損傷,沒有形變和裂紋,明顯優(yōu)于陶瓷、塑料和鋁合金。
研究人員發(fā)現(xiàn),新材料的超強(qiáng)性能來自獨(dú)特的復(fù)合結(jié)構(gòu),在納米尺度下是一種三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),在更大的微米級(jí)層面則是一種“層疊”結(jié)構(gòu)。
日前,國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)進(jìn)展》發(fā)表了該成果。
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