来源：中国科技大学
塑料给了我们一种轻质、坚固、价廉的材料来使用，但它也引发了塑料灾害。许多未经回收的塑料废料最终流入海洋，这是地球的最后一个水池。被海浪、阳光和海洋动物分解后，一个塑料袋就可以变成175万个微型塑料碎片。这些微型塑料最终可能会通过我们吃的鱼或喝的水进入我们的身体。
在地球上大多数植物的长期进化过程中，纤维素基材料已经发展成为它们自己的结构支撑材料。植物中的纤维素主要以纤维素纳米纤维（CNF）的形式存在，具有优异的力学和热性能。CNF是地球上最丰富的绿色资源之一，可以从植物中提取，也可以由细菌产生。CNF比Kevlar和钢具有更高的强度（2gpa）和模量（138gpa），比硅玻璃具有更低的热膨胀系数（0.1ppm K-1），是构建宏观高性能材料的理想纳米结构块。基于这种生物基、可生物降解的建筑材料，构建可持续、高性能的结构材料，将极大地促进塑料的替代，有助于我们避免塑料的灾害。
目前，中国科学技术大学（USTC）的俞书宏教授领导的一个团队报告了一种高性能的可持续结构材料，称为纤维素纳米纤维板（CNFP），它由生物基CNF制成，可以在许多领域替代塑料。CNFP具有较高的比强度（~198mpa/（Mg m-3））——比钢高4倍，比传统的塑料和铝合金高。此外，CNFP比铝合金具有更高的比冲击韧性（~67kj m-2/（mgm-3）），只有其密度（1.35g cm-3）的一半。
与塑料或其他聚合物基材料不同，CNFP具有优异的耐极端温度和抗热震性能。CNFP的热膨胀系数在-120℃到150℃之间低于5ppm K-1，接近陶瓷材料，远低于典型的聚合物和金属。此外，在120°C烘箱和-196°C液氮之间经过10次快速热冲击后，CNFP保持其强度。这些结果表明，CNFP具有优异的热尺寸稳定性，使得CNFP在极端温度和交替冷热条件下具有巨大的应用潜力。由于CNFP原料种类繁多，生物辅助合成工艺简单，成本较低，仅为0.5美元/公斤，低于大多数塑料。CNFP具有低密度、优异的强韧性和良好的热尺寸稳定性，所有这些性能都超过了传统的金属、陶瓷和聚合物，使其成为高性能和环保的工程替代品，特别是在航空航天领域。
CNFP不仅具有取代塑料的用途，而且作为下一代可持续轻质结构材料具有巨大的潜力。
这项研究发表在《Science Advances》杂志上。
更多信息： "Lightweight, tough, and sustainable cellulose nanofiber-derived bulk structural materials with low thermal expansion coefficient" Science Advances, advances.sciencemag.org/content/6/18/eaaz1114
期刊信息：Science Advances
原文网址：https://phys.org/news/2020-05-sustainable-material-plastic-substitute.html
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