材料是人類文明發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。航空航天等高技術(shù)領(lǐng)域?qū)?span onclick="sendmsg('pw_ajax.php','action=relatetag&tagname=工程',this.id)" style="cursor:pointer;border-bottom: 1px solid #FA891B;" id="rlt_11">工程結(jié)構(gòu)材料性能的提升不斷提出新的需求，研制全面超越工程塑料、陶瓷和金屬材料等傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料的新型輕質(zhì)高強(qiáng)材料，對相關(guān)領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用具有重要的戰(zhàn)略意義，在輕量化抗沖擊防護(hù)和緩沖材料、空間材料、精密儀器結(jié)構(gòu)件等應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒕哂袕V闊的應(yīng)用前景。 L'>0E(D  
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　　近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書宏團(tuán)隊(duì)發(fā)展了一種新型納米纖維仿生結(jié)構(gòu)材料的制造方法，成功研制了一類天然納米纖維素高性能結(jié)構(gòu)材料（以下簡稱：CNFP）。CNFP具有優(yōu)異的綜合性能，密度僅為鋼的六分之一，而比強(qiáng)度、比韌性均超過傳統(tǒng)合金材料、陶瓷和工程塑料，這種新型全生物質(zhì)仿生結(jié)構(gòu)材料有望替代現(xiàn)有的工程塑料，具有廣泛的應(yīng)用前景。相關(guān)研究成果于5月1日以Lightweight, tough, and sustainable cellulose nanofiber-derived bulk structural materials with low thermal expansion coefficient 為題發(fā)表在Science Advances雜志上（Science Advances 2020, 6, eaaz1114）。論文的共同第一作者是合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心博士后管慶方，碩士生楊懷斌、韓子盟。 g
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　　這種新型CNFP仿生結(jié)構(gòu)材料具有極高尺度穩(wěn)定性，熱膨脹系數(shù)低至5 ppm K^-1，遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)合金材料和工程塑料，與陶瓷接近。該材料在劇烈熱沖擊條件下，力學(xué)性能與尺寸依然高度穩(wěn)定。此外，CNFP還具有極高的抗沖擊性能、高損傷容限以及能量吸收性能。 b3-+*5L  
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　　研究結(jié)果表明，CNFP具有輕質(zhì)高強(qiáng)韌的優(yōu)異性能，其比強(qiáng)度和比沖擊韌性分別達(dá)到了198 MPa/(Mg m^-3)和67 kJ m^-2/(Mg m^-3)，均超越航空鋁合金和鋼，且其密度低至1.35 g cm^-3，僅為鋼的六分之一，鋁合金的一半（圖2）。研究人員發(fā)現(xiàn)，這種CNFP的輕質(zhì)高強(qiáng)韌主要來自材料微米級層狀結(jié)構(gòu)和納米三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，纖維素納米纖維內(nèi)部高度結(jié)晶可以提供極高的強(qiáng)度，纖維之間通過大量氫鍵等可逆相互作用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行結(jié)合，在外力作用下這種高密度的可逆相互作用網(wǎng)絡(luò)可以迅速解離和重構(gòu)，吸收大量能量，使材料在具有高強(qiáng)度的同時(shí)實(shí)現(xiàn)高韌性，克服了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料難以兼具高強(qiáng)度與高韌性的問題。 gGbqXG^  
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　　CNFP還具有極高的尺度穩(wěn)定性和抗熱沖擊性能。在-120°C到150°C的溫度范圍內(nèi)，CNFP熱膨脹系數(shù)低至（5 ppm K^-1），即溫度改變100°C，尺寸變化在萬分之五內(nèi)，這遠(yuǎn)優(yōu)于航空合金材料和工程塑料，僅為航空鋁合金的五分之一，工程塑料的幾十分之一，與陶瓷接近。另外，在120°C和-196°C之間進(jìn)行反復(fù)劇烈熱沖擊循環(huán)測試下，CNFP力學(xué)性能與尺寸依然高度穩(wěn)定。同時(shí)，CNFP由于納米纖維的高結(jié)晶性和高化學(xué)穩(wěn)定性，使其在極端條件下具有很好的服役能力。 "+4r4  
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