可完全替代塑料的仿生可降解结构材料问世

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视频介绍

从中国科学技术大学获悉， 该校俞书宏院士团队 将仿生结构设计理念运用于 高性能生物基结构材料的研制， 发展了一种被称为“定向变形组装”的 新型材料制造方法， 实现了具有仿生结构的高性能 可持续材料的规模化制备， 有望成为石油基塑料的替代品。 大多数塑料来自于石油产品， 由于其极端的稳定性， 废弃后在环境中长时间也难以降解。 现有的生物基可持续结构材料都受到 机械性能较差或制造过程的过于繁琐的限制， 这些因素从成本和生产规模上 制约了这类材料的应用。 因此，引入先进的仿生结构设计来制造 新型的可持续高性能结构材料， 将可以极大地提高这类材料的性能， 拓宽其应用范围， 加速可持续材料替代不可降解塑料的进程。 珍珠母所具有的砖-泥结构， 并兼具高强度和高韧性的优良特性。 研究人员通过多尺度的 仿生结构设计和表面化学调控， 成功构筑了这种兼具高强韧特点的 天然生物基可持续结构材料。 他们利用二氧化钛包覆的云母片 作为仿生结构中的砖块， 一方面为结构材料提供了 远高于工程塑料的强度， 另一方面，还通过裂纹偏转等仿生结构原理， 大幅提高了材料的韧性和抗裂纹扩展性能， 为该材料作为一种新兴的可持续材料 替代现有的不可降解塑料打下了坚实的基础。 这种全天然结构材料的机械性能 在温度变化时也几乎保持不变， 并且在25℃至200℃的温度范围内 几乎保持稳定。 此外，它的热扩散系数也高于大多数工程塑料， 因此有利于散热， 这种全天然仿生结构材料比塑料 更安全、更可靠， 从而使其在高温或可变温度下 能够替代塑料而成为一种 可持续、轻便、高性能的塑料替代品。