具有低热膨胀系数的轻质、坚韧和可持续的纤维素纳米纤维衍生的块状结构材料

具有低热膨胀系数的轻质、坚韧和可持续的纤维素纳米纤维衍生的块状结构材料

具有重量轻、热尺寸稳定性好、力学性能优异的可持续结构材料对工程应用至关重要，但某些材料性能（如强度和韧性）之间的内在冲突使得在广泛的使用条件下同时实现这些性能指标具有挑战性。在此，我们提出了一种稳健可行的策略，将纤维素纳米纤维（CNF）加工成具有低密度、高强度和高韧性、热尺寸稳定性好的高性能可持续块状结构材料。所获得的纤维素纳米纤维板（CNFP）具有高比强度[~198 MPa/（Mgm-3）]、高比冲击韧性[~67 kJ m-2/（Mg m-3）]、低热膨胀系数（<5×10-6 K-1），表现出与典型聚合物、金属和陶瓷不同的优异性能，使其成为一种低成本、高性能的材料，以及工程要求的环保替代品，特别是在航空航天应用中。

图17. CNFP的制作及结构分析（A）生物合成可以制备CNF水凝胶。（B）CNF水凝胶及其健壮的三维纳米纤维网络。（C）许多经过处理的CNF水凝胶层在80℃下被压制以制备CNFP。（D） CNFP的示意图。（E）CNFP的多层结构。（F）CNFP中单层结构的稳健三维纳米光纤网络。（G）纤维素分子链通过氢键紧密结合在一起，在CNF表面暴露出大量的羟基团，形成纤维间的氢键。（H）体积为320mm×220mm×27mm的大型CNFP照片。（I）用铣床加工出不同形状的CNFP的零件。

Qing-Fang G, Huai-Bin Y, Zi-Meng H, et al., Science Advances, 2020, 6(18): eaaz1114.

本文来源：中国微米纳米技术学会《新科技快讯》2020年第四期，点击“阅读原文”，查看更多最新科技信息。