坚韧的新型生物启发材料替代石油基塑料

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视频介绍

尽管以石油为基础的生产带来了严重的环境挑战，但现代生活仍然紧密依赖于塑料。由于其有限的机械性能或复杂的制造工艺，该行业选择使用可持续材料。迫切需要设计和生产高性能可持续结构材料的先进策略。一种新的受生物启发的材料将取代石油基塑料。由中国科学技术大学的俞树宏教授领导的小组报告了一种方法，该方法可以用木材衍生的纤维和云母制造与珍珠母结构相似的材料，以适应大规模生产，良好的可加工性，和可调的着色。天然珍珠母具有像砖和砂浆一样的多尺度层次结构，使其既具有强度又具有韧性。受珍珠层启发，研究人员通过提出的定向变形组装方法，使用二氧化钛涂覆的云母微片和纤维素纳米纤维模仿了有序的砖瓦结构。该方法直接压制二氧化钛-云母和纳米纤维的水凝胶，同时保持平面内尺寸不变。水凝胶的厚度显着减小，材料直接以高度有序的实体结构构造。在纳米级，二氧化钛-云母表面上的二氧化钛纳米晶粒通过拉出二氧化钛-云母时的摩擦滑动而导致有效的能量消散。多尺度级别上的所有分层结构均有助于负载重新分配和增强韧性。所获得的材料具有出色的强度和韧性，是高性能工程塑料（的2倍以上，使其坚固石油基塑料的竞争对手。更好的是，这些材料适应于零下130°C至250°C的温度范围，而普通塑料在高温下很容易变软。因此，这种材料在高温或可变温度下更安全，更可靠。