中国科学出版社 生物诱导多级螺旋纳米复合纤维的制造工艺示意图(a)、结构表征(b)和机械研究(c)
信用:中国科学出版社 高性能生物质基纳米复合材料因其环境友好、可再生和可持续的特点，正成为未来结构和功能应用的有前途的材料
从植物和细菌发酵中获得的生物源纳米纤维素(一种纳米纤维)是地球上最丰富的原料
近年来，由于其诱人的内在优点，包括生物降解性、低密度、热稳定性、可再生资源的全球可用性以及令人印象深刻的机械性能，它们引起了极大的关注
这些特性使它们成为纺制下一代高级长纤维的合适构件，以用于实际应用
在过去的几十年中，人们已经采取了各种策略来获得具有改进的强度和刚度的纤维素基大纤维
然而，几乎所有这些都是以牺牲伸长率和韧性为代价实现的，因为对于人造结构材料来说，强度和韧性总是相互排斥的
因此，这种困境对于以前报道的纤维素基大纤维来说是很常见的，这极大地限制了它们的实际应用
在《国家科学评论》上发表的一篇新文章中，最近，一个由教授领导的仿生学研究小组
中国科学技术大学的俞树鸿从生物结构中寻找解决这个问题的灵感
他们发现广泛分布的生物合成纤维，如一些植物纤维、蜘蛛丝和动物毛发，都有一些相似的特征
它们既坚固又坚韧，并且具有跨越多个长度尺度的分级螺旋结构，具有嵌入在柔软和能量耗散基质中的坚硬且坚固的纳米级纤维构建块
受生物合成纤维中这些结构特征的启发，他们提出了一种设计策略来制造具有相似结构特征的纳米纤维素基大纤维
他们使用细菌纤维素纳米纤维作为坚固的建筑材料，海藻酸钠作为软基质
通过将简易的湿法纺丝工艺与随后的多次湿法加捻工艺相结合，他们成功地获得了仿生分级螺旋纳米复合长纤维，并如预期的那样同时实现了拉伸强度、伸长率和韧性的显著提高
这一成就证明了其生物传感设计的有效性，并为进一步开发用于各种应用的其他坚固耐用的纳米复合纤维材料提供了一条潜在的途径
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