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我国学者研制出一种综合性能强劲的“超级材料”

2020-06-11

  密度仅为钢的六分之一,轻盈但强度、韧性超过传统陶瓷与合金,可承受从零下120摄氏度到零上150摄氏度的极端温度,且“吸能”耐撞,这是中国科学技术大学俞书宏院士团队研制的一种综合性能强劲的“超级材料”,在汽车、航空航天等领域具有应用前景,并有望替代工程塑料减少污染。

  纤维素是世界上蕴藏量最丰富的天然生物质材料,在树木、水稻、小麦、棉花中都大量存在。少有人知的是,纤维素在微观层面性能强大,直径小于头发丝万分之一的纳米纤维素,强度超过钢铁。但是,纤维素组成的宏观材料却变得“柔弱”。因此,在宏观层面再现纤维素的强大性能,成为国际材料科研的重大挑战。

  近期,俞书宏团队运用创新工艺,在国际上首次将纳米纤维素加工成一种新材料。经检验,其密度仅为钢的六分之一、航空铝合金的一半,轻盈得多,却“更强更韧”。

  据介绍,这种新材料的尺度稳定性极高,热膨胀系数接近陶瓷。在零下120摄氏度到零上150摄氏度范围内,当温度改变100摄氏度,其尺寸变化不到万分之五。它还很“耐撞”,受到时速100公里的撞击,能瞬时将巨大的能量吸收耗散。受穿刺冲击时只有局部损伤,没有形变和裂纹,明显优于陶瓷、塑料和铝合金。

  研究人员发现,新材料的超强性能来自独特的复合结构,在纳米尺度下是一种三维网络结构,在更大的微米级层面则是一种“层叠”结构。

  日前,国际权威学术期刊《科学进展》发表了该成果。