俞书宏院士团队再发AM：仿生结构！攻克极端环境难题！

第一作者：Wen-Bin Sun

通讯作者：俞书宏、管庆方

通讯单位：中国科学技术大学

背景介绍

随着人类对南极洲、月球、火星等极端环境的探索不断深入，紫外线、原子氧和高低温交替等极端条件的不断出现，成为进一步探索的主要障碍。特别是在这些极端条件下，材料的物理化学性质会发生变化，这通常会导致重要设备和装置在这样的环境下失效。这些问题对所使用的材料提出了额外的要求。

为了应对这些挑战，基于金属、陶瓷和聚合物的各种材料被尝试用于这些环境中。其中，金属和陶瓷具有突出的机械性能和对极端环境的耐受性，但金属基材料仍然存在高密度的问题，而陶瓷基材料由于延展性差，也存在太脆而无法制备成指定形状的缺点。另一方面，聚合物具有轻质性和延展性，但目前大多数聚合物基复合材料仍面临机械性能较差的问题，如高温软化、低温脆性和抗热震性差等问题。因此，找到一种具有优异机械性能、卓越功能和耐极端环境的材料至关重要。

纤维素是最丰富的天然材料之一，主要以纤维素纳米纤维（CNF）的形式存在。作为一种纳米级原料，它具有独特的物理性能，如低热膨胀系数、高强度和高刚度，赋予其抵抗极端环境的潜力。近年来，纤维素纳米纸（CNP）是一种主要由CNFs组成的宏观薄膜材料，完美地继承了上述CNFs独特的物理性能，使其成为可用于极端环境的材料中最有希望的候选材料之一。然而，实际应用对CNP提出了更高的要求。因此，必须在不牺牲CNP机械性能的情况下赋予CNP更多功能。

本文要点

该工作受珍珠层启发，采用云母（S-Mica）和细菌纤维素（BC）作为原料，合成了一种具有优异的机械和电绝缘性能，对极端条件具有良好的耐受性纳米纸张材料。该仿生材料不仅具有云母的高介电强度（145.7 kV mm-1），还保留了纤维素较高的抗拉强度（375 MPa）。

图文解析

要点：

1.     图1为该仿生材料的结构设计。

要点：

1.     该材料的微观表征。

要点：

1.     图3测试了该纳米薄膜的机械性能。

要点：

1.     图4测试了该纳米薄膜的电绝缘性能。

要点：

1.     最后，该工作测试了该薄膜高低温交替下的综合性能的稳定性。

原文链接：

https://doi.org/10.1002/adma.202300241