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Die Universität für Wissenschaft und Technologie von China (ustc) hat das biomimetische Strukturmaterial des Lichts entwickelt, hochfeste und starke Nano-Cellulose

Zeit:2020-05-26 Hits:

Seit der Geburt der menschlichen Zivilisation, Material war die materielle Grundlage der gesellschaftlichen Entwicklung und des Fortschritts. Strukturmaterialien wie Metalle, Keramik und Polymere sind die am häufigsten verwendeten aller bestehenden Materialien. In den letzten Jahren, die Entwicklung von Hochleistungswerkstoffen mit gegenseitigem Ausschluss (wie Stärke und Zähigkeit), insbesondere Baustoffe auf der Nanometerskala, hat immer mehr Aufmerksamkeit auf sich gezogen.



Vor kurzem, Das Team um Akademiker Yu Shuhong von der University of Science and Technology of China hat erfolgreich ein biomimetisches Hochleistungsstrukturmaterial aus Nano-Cellulose entwickelt (CNFP). Dieses Material hat hervorragende umfassende Eigenschaften, seine Dichte beträgt nur ein Sechstel der von Stahl, spezifische Stärke, spezifische Zähigkeit sind mehr als herkömmliche Legierungsmaterialien, Keramik und technische Kunststoffe.



Cellulose ist eine der am häufigsten vorkommenden natürlichen organischen Stoffe der Welt. Baumwolle, Hanf, straw, Stroh, Bagasse, Etc., können alle Zellulose liefern. Daher, die umfangreichen biologischen Quellen legen eine nachhaltige Grundlage für dieses Material.



Die Ergebnisse wurden im Mai veröffentlicht 1 in der Zeitschrift Science Advances (Wissenschaftliche Fortschritte 2020) Als "Leicht, hart, und nachhaltige, von Zellulose-Nanofasern abgeleitete Massenstrukturmaterialien mit niedrigem Wärmeausdehnungskoeffizienten." 6, eaaz1114).



Es wurde festgestellt, dass das Leichtgewicht, Die hohen Festigkeits- und Zähigkeitseigenschaften von CNFP resultieren hauptsächlich aus dem Design der Schichtstruktur im Mikrometerbereich und der dreidimensionalen Netzwerkstruktur im Nanometerbereich. Interne hochkristalline Cellulose-Nanofasern können eine extrem hohe Intensität bieten, durch eine Vielzahl von Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Fasern wie reversible Wechselwirkungsnetzwerke, unter äußerer Krafteinwirkung in der hohen Dichte des reversiblen Interaktionsnetzwerks kann es schnell zu Dissoziation und Refactoring kommen, viel Energie aufnehmen, machen Material mit hoher Festigkeit und hoher Zähigkeit, überwindet die traditionellen Strukturmaterialien mit hoher Festigkeit und hoher Zähigkeit des harten Problems.



Seine Skalenstabilität und thermische Schlagfestigkeit werden wie folgt gezeigt: im Temperaturbereich von -120°C bis 150°C, der Wärmeausdehnungskoeffizient beträgt nur 5 × 10-6 k-1. Das heißt,, auch wenn die Temperaturschwankung 100 erreicht, seine Größenänderung ist auch in der 10,000 innerhalb von fünf, nur ein Fünftel der Luftfahrt-Aluminiumlegierung, technischer kunststoff dutzende von a, in der Nähe von Keramik. Außerdem, seine mechanischen Eigenschaften und Abmessungen sind auch bei wiederholten strengen Thermoschock-Zyklustests zwischen 120℃ und -196℃ . sehr stabil.




Gleichzeitig, CNFP hat auch eine hohe Schlagzähigkeit, hohe Schadenstoleranz und hohe Energieabsorptionsleistung, von dem erwartet wird, dass es als Ersatz für Legierungen verwendet werden kann. Die Ergebnisse des Ultrahochgeschwindigkeits-Aufpralltests des abgetrennten Hopkinson-Druckbalkens zeigen, dass unter dem Hochgeschwindigkeits-Aufprall von 28 M · s-1 (die Geschwindigkeit entspricht der eines Hochgeschwindigkeitswagens), es weist eine ultrahohe Druckfestigkeit von 1600 MPa auf und kann die Aufprallenergie von bis zu 387,5 mj . absorbieren · m-3 innerhalb 0.07 Frau. Dies liegt vor allem daran, dass sein internes dreidimensionales Nanofaser-Netzwerk verrutscht, wenn es einem Hochgeschwindigkeitsaufprall ausgesetzt wird, und eine große Zahl von Wasserstoffbrücken zwischen den Nanofasern wird schnell dissoziiert und rekonstruiert, die die kinetische Energie des Aufpralls absorbieren und in Wärme umwandeln können.



Daher, das nachhaltige neue bionische Strukturmaterial aus natürlichen Nanofasern, integriert sind leichte Gao Qiangren, hohe Dimensionsstabilität und Thermoschock, Schlagfestigkeit, die hervorragenden Eigenschaften wie hohe Schadenstoleranz, es wird ein leichtes Stoßschutz- und Dämpfungsmaterial erwartet, Weltraummaterialien, Präzisionsinstrumententeile, und andere Bereiche haben breite Anwendungsperspektiven.




(Quelle: Textil Tageszeitung offizielles weibo)