可完全替代塑料的仿生可降解结构材料问世助力可持续发展

2020-11-11 09:27:47 来源：科技日报

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记者从中国科学技术大学获悉，该校俞书宏院士团队将仿生结构设计理念运用于高性能生物基结构材料的研制，发展了一种被称为“定向变形组装”的新型材料制造方法，实现了具有仿生结构的高性能可持续材料的规模化制备，有望成为石油基塑料的替代品。研究成果日前发表在《自然通讯》上。

大多数塑料来自于石油产品，由于其极端的稳定性，废弃后在环境中长时间也难以降解。现有的生物基可持续结构材料都受到机械性能较差或制造过程的过于繁琐的限制，这些因素从成本和生产规模上制约了这类材料的应用。因此，引入先进的仿生结构设计来制造新型的可持续高性能结构材料，将可以极大地提高这类材料的性能，拓宽其应用范围，加速可持续材料替代不可降解塑料的进程。

珍珠母所具有的砖-泥结构，并兼具高强度和高韧性的优良特性。研究人员通过多尺度的仿生结构设计和表面化学调控，成功构筑了这种兼具高强韧特点的天然生物基可持续结构材料。他们利用二氧化钛包覆的云母片作为仿生结构中的砖块，一方面为结构材料提供了远高于工程塑料的强度，另一方面，还通过裂纹偏转等仿生结构原理，大幅提高了材料的韧性和抗裂纹扩展性能，为该材料作为一种新兴的可持续材料替代现有的不可降解塑料打下了坚实的基础。

这种全天然结构材料的机械性能在温度变化时也几乎保持不变，并且在25℃至200℃的温度范围内几乎保持稳定。此外，它的热扩散系数也高于大多数工程塑料，因此有利于散热，这种全天然仿生结构材料比塑料更安全、更可靠，从而使其在高温或可变温度下能够替代塑料而成为一种可持续、轻便、高性能的塑料替代品。(记者吴长锋)

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