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  åŸÞZºŽç”Ÿç‰©è´¨æ¥æºçš„高性能¾U³ç±³å¤åˆææ–™æ­£é€æ¸å‘展成äؓ未来¾l“构和功能应用的理想材料。由植物¾l„织分离或细菌发酵得到的¾U³ç±³ž®ºåº¦¾U¤ç»´ç´ ï¼Œå¯ä»¥è¯´æ˜¯åœ°çƒä¸Šå‚¨é‡æœ€ä¸°å¯Œçš„纳¾c³çñ”原材料，其密度低、热½E›_®šæ€§å¥½ã€åŠ›å­¦æ€§èƒ½å‡ø™‰²åQŒåŒæ—¶å¯é™è§£ã€å¯å†ç”Ÿã€å¯æŒç®‹åQŒå› è€Œå—到诸多关注。研½I¶äh员希望利用其研制出宏观尺度的高性能¾U¤ç»´ç´ åŸº¾U¤ç»´ææ–™ã€‚然而，所制纤¾l´ç´ åŸºå®è§‚纤¾l´ææ–™çš„强度和韧性之间的矛盾ž®šæœªå¾—到解决。高强度的获得往往以牺牲其断裂延äŽ×率和韧性äؓ代ä­håQŒäºŽæ˜¯ä½ŽéŸ§æ€§ã€æ˜“脆断½{‰é—®é¢˜ä¸¥é‡é™åˆ¶äº†æ­¤ç±»ææ–™åœ¨å…ˆ˜q›ç»‡ç‰©ç­‰é¢†åŸŸä¸­çš„实际应用ã€?

  反观自然界，许多植物¾U¤ç»´åQˆå¦‚éºÈº¤¾l´ã€æ£‰¾U¤ç»´½{‰ï¼‰å’ŒåŠ¨ç‰©çº¤¾lß_¼ˆå¦‚毛发、蚕丝等åQ‰éƒ½æœ‰æ•ˆè§„避了强、韧之间的矛盾，实现了高强度和高韧性的完美¾l„合。研½I¶æ­½Cºï¼Œ˜q™äº›å…¸åž‹çš„生物结构材料具有一些共性：它们都是天然的纳¾c›_¤åˆææ–™ï¼Œç”±é«˜åº¦å–向的高强度纳¾c³çº¤¾l´å•å…ƒåŒ…裹在较柔软的有机物基质中构成åQŒåƈå…ähœ‰é«˜åº¦æœ‰åºçš„多¾U§èžºæ—‹ç¼ ¾l•ç»“æž„ã€?

  ˜q‘æ—¥åQŒä¸­å›½ç§‘学技术大学俞书宏教授研究团队借鉴天然生物¾U¤ç»´çš„策略，成功研制了一¿Uæ—¢å¼ºåˆéŸ§çš„宏观ž®ºåº¦¾U¤ç»´ç´ åŸº¾U³ç±³å¤åˆ¾U¤ç»´ææ–™ã€‚相å…Ïxˆæžœä»¥â€œBioinspired hierarchical helical nanocomposite macrofibers based on bacterial cellulose nanofibers”äؓ题在¾U¿å‘表于《国家科学评论》（National Science Review 2019, DOI: 10.1093/nsr/nwz077åQ‰ï¼Œ½W¬ä¸€ä½œè€…äؓ高怀岭副研究员和¼‹•å£«ç”Ÿè™n然ã€?

  å›?. (a) 仿生宏观¾U¤ç»´ææ–™çš„制备流½E‹å›¾åQ?b,c) ¾læº¶æ¶²çh丝得到的湿态宏观纳¾c›_¤åˆçº¤¾l´å•ä¸ï¼›(d) ¾lå¤š¾U§èžºæ—‹ç¼ ¾l•å¾—到的螺旋¾l“构湿态宏观纳¾c›_¤åˆçº¤¾l´ã€?

  研究人员以高强度¾l†èŒ¾U³ç±³¾U¤ç»´ç´ ä½œä¸ºå¢žå¼ºåŸºå…ƒï¼Œä»¥æ“v藻酸钠生物大分子作äؓ有机物基质，ž®†ä¸¤è€…的复合水溶液进行溶液çh丝，得到拉äŽ×强度初步提升的单取向¾l“构宏观¾U³ç±³å¤åˆ¾U¤ç»´åQˆå›¾1a-cåQ‰ã€‚单¾U¯æ“v藻酸钠宏观纤¾l´çš„拉äŽ×强度ä¸?90 MPaåQŒè€Œæ‰€å¾—纳¾c›_¤åˆçº¤¾l´çš„拉äŽ×强度提高è‡?20 MPa。随后，他们通过多çñ”螺旋¾~ ç»•¾l“构设计åQŒå¾—åˆîCº†å…ähœ‰¾cÖM¼¼ç”Ÿç‰©¾U¤ç»´¾l“构特征的宏观äh工纤¾l´ææ–™ï¼ˆå›?dåQŒå›¾2a-cåQ‰ï¼Œå…¶æ‹‰ä¼¸å¼ºåº¦ç‘ô¾l­æå?5%åQŒæ–­è£‚åšg伸率和韧性则分别同步提升˜q?0%å’?00%åQŒæœ€¾lˆæ‹‰ä¼¸å¼ºåº¦ã€æ–­è£‚åšg伸率和韧性分别可è¾?35 MPaã€?6%å’?5 MJ m-3åQˆå›¾2d-fåQ‰ã€?

  å›?. (a-c) 仿生宏观¾U¤ç»´ææ–™çš„åŞ貌结构表征，可见¾l†èŒ¾U³ç±³¾U¤ç»´ç´ è¢«‹¹¯‚—»é…”R’ åŸø™´¨å‡åŒ€åŒ…裹åQŒä¸”¾U¤ç»´æ•´ä½“呈现出类似天然生物纤¾l´çš„多çñ”螺旋¾~ ç»•¾l“æž„åQ?d-f) 仿生宏观¾U¤ç»´ææ–™çš„拉伸力学性能表征åQŒå¯è§é€šè¿‡ä»¿ç”Ÿè®¾è®¡ä½¿å…¶æ‹‰äŽ×强度、断裂åšg伸率和韧性均得到显著提升ã€?

  该研½I¶æœ‰æ•ˆè§£å†³äº†äººå·¥ææ–™ä¸­å¼ºåº¦å’ŒéŸ§æ€§ä¹‹é—´éš¾ä»¥è°ƒå’Œçš„矛盾åQŒæ‰€èŽ·å¾—的最高拉伸强度可以和高性能¾U¤ç»´ç´ åŸºå¤©ç„¶æ¤ç‰©¾U¤ç»´ç›¸åª²¾ŸŽï¼Œå¯è¾¾åˆ°çš„最高断裂åšg伸率­‘…过了几乎所有纤¾l´ç´ åŸºå¤©ç„¶æ¤ç‰©çº¤¾l´å’Œäººå·¥åˆæˆçš„纤¾l´ç´ åŸºå®è§‚纤¾l´ææ–™ï¼Œå†åŠ ä¸Šå…¶½Hå‡ºçš„韧性。这¿Uä»¿ç”Ÿçº¤¾l´ç»“构设计策略有望应用于其他复杂½{‰çñ”¾l“构材料的设计和制备ã€?