華學者研發“超級材料”

密度僅為鋼的六分之一，輕盈但強度、韌性超過傳統陶瓷與合金，可承受最低負一百二十攝氏度和最高

一百五十攝氏度的極端溫度，且“吸能”耐撞。

近期，中國科學技術大學俞書宏院士團隊研製出一種綜合性能強勁的“超級材料”，在汽車、航空航天、精密儀器等領域具有應用前景，並有望可替代工程塑料減少污染。

纖維素是世界上蘊藏量最豐富的天然高分子化合物，在樹木、水稻、小麥、棉花中都大量存在。少有人知的是，纖維素在微觀層面的性能強大，直徑小於頭髮絲萬分之一的納米纖維素，強度超過鋼鐵。但是，纖維素組成的宏觀材料卻變得“柔弱”。因此，在宏觀層面再現纖維素的強大性能，成為國際材料科研的重大挑戰。

近期，俞書宏團隊運用創新工藝，在國際上首次將納米纖維素加工成一種新材料。經檢驗，其密度僅為鋼的六分之一、航空鋁合金的一半，輕盈得多，卻“更強更韌”。

這種新材料的尺度穩定性極高，熱膨脹系數接近陶瓷。在零下一百二十攝氏度到零上一百五十攝氏度範圍內，當溫度改變一百攝氏度，其尺寸變化不到萬分之五。它還很“耐撞”，受到時速一百公里的撞擊，能瞬時將巨大的能量吸收耗散。受穿刺衝擊時只有局部損傷，沒有形變和裂紋，明顯優於陶瓷、塑料和鋁合金。

研究人員發現，新材料的超強性能來自獨特的複合結構，在納米尺度下是一種三維網絡結構，在更大的微米級層面則是一種“層疊”結構。

“就像把一層層蜘蛛網疊在一起，內部的結晶能提供高強度。受外力衝擊時，纖維間的氫鍵可迅速解離將能量吸收耗散，並逆向‘重生’。”研究組成員、中科大博士後管慶方說。

莘 華