記者從中國科學技術大學獲悉，該校俞書宏院士團隊將仿生結(jié)構設計理念運用于高性能生物基結(jié)構材料的研制，發(fā)展了一種被稱為“定向變形組裝”的新型材料制造方法，實現(xiàn)了具有仿生結(jié)構的高性能可持續(xù)材料的規(guī)?；苽?，有望成為石油基塑料的替代品。研究成果日前發(fā)表在《自然通訊》上。
大多數(shù)塑料來自于石油產(chǎn)品，由于其極端的穩(wěn)定性，廢棄后在環(huán)境中長時間也難以降解?，F(xiàn)有的生物基可持續(xù)結(jié)構材料都受到機械性能較差或制造過程的過于繁瑣的限制，這些因素從成本和生產(chǎn)規(guī)模上制約了這類材料的應用。因此，引入先進的仿生結(jié)構設計來制造新型的可持續(xù)高性能結(jié)構材料，將可以極大地提高這類材料的性能，拓寬其應用范圍，加速可持續(xù)材料替代不可降解塑料的進程。
珍珠母所具有的磚-泥結(jié)構，并兼具高強度和高韌性的優(yōu)良特性。研究人員通過多尺度的仿生結(jié)構設計和表面化學調(diào)控，成功構筑了這種兼具高強韌特點的天然生物基可持續(xù)結(jié)構材料。他們利用二氧化鈦包覆的云母片作為仿生結(jié)構中的磚塊，一方面為結(jié)構材料提供了遠高于工程塑料的強度，另一方面，還通過裂紋偏轉(zhuǎn)等仿生結(jié)構原理，大幅提高了材料的韌性和抗裂紋擴展性能，為該材料作為一種新興的可持續(xù)材料替代現(xiàn)有的不可降解塑料打下了堅實的基礎。
這種全天然結(jié)構材料的機械性能在溫度變化時也幾乎保持不變，并且在25℃至200℃的溫度范圍內(nèi)幾乎保持穩(wěn)定。此外，它的熱擴散系數(shù)也高于大多數(shù)工程塑料，因此有利于散熱，這種全天然仿生結(jié)構材料比塑料更安全、更可靠，從而使其在高溫或可變溫度下能夠替代塑料而成為一種可持續(xù)、輕便、高性能的塑料替代品。(記者 吳長鋒)
關鍵詞： 可完全替代塑料
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