近期,一個國際研究團隊發明了一種新的生物降解材料,其強度超過鋼和蜘蛛絲。這種新材料由植物的基本構成要素、碳納米纖維(CNFs)製成,該項研究結果發表在《美國化學協會-納米》(ACS Nano)期刊上。

「我們成功地將CNFs的獨特力學性能轉移到一種肉眼可見的輕型材料上,這種材料對環境無害,可作為塑料的替代品用於飛機、汽車、傢俬和其它產品,」瑞典皇家理工學院的索德伯格(Daniel Soderberg)博士解釋道。「該材料甚至還有可能用於生物醫學,因為人體對纖維素並不排斥。」

替代塑料品用於飛機汽車

索德伯格和同事們使用的原料是市場上能買得到的CNFs,直徑只有2至5納米,長度為700納米。

他們將納米纖維懸浮於水中,並置於一個僅1毫米寬的小通道,通過兩對垂直水流,額外的去離子水和低pH值的水從兩端進入通道,將納米纖維擠壓在一起並加速。該過程被稱作流體動力聚焦,用以幫助納米纖維朝正確方向排列整齊,並形成一根肉眼可見的線。

在未使用膠或其它任何材料的情況下,納米纖維自行聚集形成一根緊實的線,由納米纖維之間的超分子力聚合在一起,比如靜電引力和範德華力。

為優化這一過程,研究者們使用了德國電子同步加速器研究所(DESY)的X射線光源PETRA III。X射線被用來分析這根線在形成過程中的詳細結構。

研究者們造出了厚度為15微米且長達數米的線。測量結果顯示,其抗拉剛度為86 GPa,是天然蜘蛛絲的8倍;抗張強度為1.57 GPa,也高於蜘蛛絲。這種生物材料的強度也超過鋼或其它任何金屬、合金、玻璃纖維及大多數的合成材料。◇