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近日，中國科學技術(shù)大學俞書宏院士團隊研制出一種高性能纖維素基納米紙材料，其在極端條件下仍可保持優(yōu)異的機械和電絕緣性能。相關(guān)成果日前發(fā)表于《先進材料》。
隨著人類對南極洲、月球和火星等極端環(huán)境探索的深入，不斷出現(xiàn)的極端環(huán)境條件，包括強紫外線環(huán)境、原子氧和高低溫交替環(huán)境等，成為今后深入探索的主要障礙。
在極端環(huán)境下，材料的物理化學特性會發(fā)生變化，嚴重時甚至會導致重要設(shè)備和裝置的損壞。在傳統(tǒng)材料當中，金屬和陶瓷本身具有出色的機械性能和對極端環(huán)境的耐受性，但金屬材料面臨密度過高重量過大的問題，而陶瓷材料則面臨脆性和難以加工等問題。聚合物具有輕質(zhì)和可塑的特點，但目前大多數(shù)聚合物基復合材料在極端環(huán)境長期服役會產(chǎn)生高溫軟化和低溫脆性等問題。因此，設(shè)計和制備一種能長期在極端環(huán)境下服役的高性能防護材料是材料領(lǐng)域面臨的難題之一。
在大自然中，珍珠母的“磚-泥”結(jié)構(gòu)為其提供了極好的力學性能。近年來，這種精巧的有序結(jié)構(gòu)的其他功能（如隔水、隔氧以及對能量場的均勻分散等）逐漸成為研究熱點。受天然珍珠母“磚-泥”結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，研究人員首先采用氣溶膠輔助生物合成方法，利用細菌產(chǎn)出的纖維素納米纖維將分散的合成云母納米片均勻而緊密地纏結(jié)得到復合水凝膠，然后通過熱壓的方式，得到最終的仿珍珠母結(jié)構(gòu)的納米紙材料。
得益于納米紙內(nèi)部精細的“磚-泥”結(jié)構(gòu)和連續(xù)三維網(wǎng)絡(luò)，該納米紙表現(xiàn)出高強度、高模量、高韌性、可折疊性和抗彎曲疲勞性等優(yōu)異的力學性能。同時，材料內(nèi)部的“磚-泥”結(jié)構(gòu)充分發(fā)揮了云母的高介電強度，從而賦予了該納米紙較高的電擊穿強度。與純纖維素納米紙相比，該復合納米紙的耐電暈壽命顯著提高，甚至超過了商用聚酰亞胺薄膜。
此外，該項研究中的高性能纖維素基納米紙在高低溫交替、紫外線和原子氧等極端條件下，仍表現(xiàn)出優(yōu)異的綜合性能，這為未來人們對極端環(huán)境的探索提供了一個極好的防護材料選擇。（馬榮瑞、王敏）
(責編：李依環(huán)、孫競)關(guān)鍵詞：
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