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研究发现，这种材料的轻质、高强和高韧性主要来源于微米级层状结构和纳米三维网络结构的设计。 《科学日报》记者近日从中国科技大学获悉，于书鸿院士团队成功开发出一类密度仅为钢的六分之一的天然纳米纤维素高性能结构材料，其比强度和比韧性均超过传统合金材料、陶瓷和工程塑料。新型全生物质仿生结构材料有望取代现有的工程塑料，具有广阔的应用前景。相关的研究结果发表在《科学进步》杂志上。
航空航天等领域不断对工程结构材料提出新的要求。开发全面超越工程塑料、陶瓷、金属材料等传统结构材料的新型轻质高强材料，对于相关领域的实际应用具有重要的战略意义。
研究发现，该材料的轻质、高强、高韧性主要来源于微米级层状结构和纳米三维网络结构的设计。纤维素纳米纤维中的高结晶度可以提供极高的强度，纤维通过大量的可逆相互作用网络如氢键结合，高密度可逆相互作用网络可以在外力作用下迅速解离和重构，吸收大量能量，使材料在具有高强度的同时实现高韧性，解决了传统结构材料难以具有高强度和高韧性的问题。此外，这种材料的热膨胀系数极低，即使温度波动100℃，其尺寸变化也在5/10000以内，远好于航空空合金材料和工程塑料，只有航空空铝合金的五分之一，以及工程塑料的十分之一，接近陶瓷。此外，在120℃和-196℃之间反复进行的剧烈热冲击循环试验中，其机械性能和尺寸仍然非常稳定。在相当于高速汽车的高速冲击下，该材料表现出超高的抗压强度，有望用作合金替代品。
这种可持续的新型天然纳米纤维仿生结构材料集轻质、高韧性、高尺寸稳定性、抗热震性、抗冲击性、高损伤容限性等优异性能于一体，在轻质、抗冲击性、缓冲材料、空材料、精密仪器结构件等领域具有广阔的应用前景。(记者吴长锋)
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