可作为极端条件的防护材料 中科大用细菌制造出纤维素基绝缘纳米纸

近日，中国科学院院士、中国科学技术大学教授俞书宏团队报道了一种高性能纤维素基纳米纸材料，该材料是通过该研究团队早期发展的气溶胶辅助生物合成（AABS）方法，利用细菌产出的纤维素纳米纤维（BC）将分散在材料中的合成云母（S-Mica）均匀而紧密地缠结而获得的。相关成果发表在《先进材料》（Advanced Materials）上。

图1. 复合纳米纸的的制备与结构。（a）生物合成复合纳米纸的构造过程示意图；（b）纳米纸的数码照片；（c）纳米纸的仿珍珠母的“砖-泥”结构。

（图片来源：合肥微尺度物质科学国家研究中心）

据了解，该材料在极端条件下仍可保持优异的机械和电绝缘性能。

据悉，在极端环境下，通常材料的物理化学特性会发生变化。尽管金属和陶瓷本身具有出色的机械性能和对极端环境的耐受性，但两者均有不足之处，如金属材料面临密度过高重量过大的问题，而陶瓷材料则面临脆性和难以加工等问题。而聚合物基复合材料在极端环境长期服役会产生高温软化和低温脆性等问题。

因此，设计和制备一种能长期在极端环境下服役的高性能防护材料是材料领域面临的难题之一。

中国科大研究人员受大自然中珍珠母的“砖—泥”结构的启发，采用气溶胶辅助生物合成方法，利用细菌产出的纤维素纳米纤维，将分散的合成云母纳米片，均匀而紧密地缠结得到复合水凝胶，再通过热压的方式，制备出仿珍珠母结构的纳米纸材料。

由于其内部精细的“砖-泥”结构和连续三维网络，该材料表现出高强度、高模量、高韧性、可折叠性和抗弯曲疲劳性等优异的力学性能，同时具有较高的电击穿强度。与纯纤维素纳米纸相比，其耐电晕寿命显著提高，甚至超过商用聚酰亚胺薄膜。

经过测试，该材料在高低温交替、紫外线和原子氧等极端条件下，表现出优异的综合性能，为对极端环境的探索提供了一个极好的防护材料选择。

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