中国科学技术大学 纤维素纳米纤维衍生的块状纳米碳纤维结构材料及其表征
(一)体积为320 × 220 × 27立方毫米的大型中国电影制片厂照片
中国纳米纤维网强大的3D纳米纤维网络
无数的碳纳米管相互缠绕，通过氢键结合在一起
由铣床生产的不同形状的零件
与典型的聚合物、金属和陶瓷相比，碳纤维增强塑料的热膨胀与比强度的阿什比图
与典型聚合物、金属和陶瓷相比，氯化萘的热膨胀与比冲击韧性的阿什比图
版权所有2020，美国科学进步协会
信用:舒 塑料给了我们一种轻质、坚固、廉价的材料，但它也引发了塑料启示录
许多未回收的塑料垃圾最终流入海洋，这是地球的最后一个水槽
被海浪、阳光和海洋动物分解后，一个塑料袋可以变成1个
7500万个微型塑料碎片
这些微塑料最终可能会通过我们吃的鱼或喝的水进入我们的身体
在地球上大多数植物的长期进化过程中，基于纤维素的材料已经发展成为它们自己的结构支撑材料
植物中的纤维素主要以纤维素纳米纤维(CNF)的形式存在，具有优异的机械和热性能
CNF是地球上最丰富的全绿色资源之一，它可以来自植物，也可以由细菌产生
CNF是构建宏观高性能材料的理想纳米级构件，因为它比凯夫拉尔和钢具有更高的强度(2 GPa)和模量(138 GPa)以及更低的热膨胀系数(0
1 ppm K-1)
基于这种生物基和可生物降解的建筑材料，可持续和高性能结构材料的建设将极大地促进塑料的替代，并帮助我们避免塑料末日
如今，一个由教授领导的团队
中国科学技术大学的舒报道了一种高性能的可持续结构材料——纤维素纳米纤维板(图
1a和1c)，其由基于生物的CNF构建(图
1b)并准备在许多领域取代塑料
CNFP比强度高(~ 198 MPa/(Mg·m-3))——比钢高4倍，比传统塑料和铝合金高
此外，CNFP比铝合金具有更高的比冲击韧性(~ 67kJ·m-2/(Mg·m-3))并且只有其密度的一半(1
35克厘米-3)
与塑料或其他聚合物基材料不同，碳纤维增强塑料表现出优异的抗极端温度和热冲击能力
CNFP的热膨胀系数在-120℃到150℃之间低于5 ppm K-1，接近陶瓷材料，远低于典型的聚合物和金属
此外，在120℃的烘箱和-196℃的液氮之间经历10次快速热冲击后，CNFP保持其强度
这些结果显示了其优异的热尺寸稳定性，这使得碳纤维增强塑料在极端温度和交替冷却和加热下具有用作结构材料的巨大潜力
由于其广泛的原材料和生物辅助合成过程，中国核计划是一个低成本的材料-只有0.001美元
5/kg，低于大多数塑料
由于密度低，突出的强度和韧性，以及良好的热尺寸稳定性，这些性能都超过了传统的金属，陶瓷和聚合物(图
1d和e)，使其成为高性能和环境友好的工程替代品，特别是用于航空航天应用
CNFP不仅有能力取代塑料，拯救我们免于淹没在其中，而且作为下一代可持续的轻质结构材料，它具有巨大的潜力
这项研究发表在《科学进展》杂志上
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