記者從中國科學技術大學獲悉，該校俞書宏院士團隊將仿生結構設計理念運用于高性能生物基結構材料的研制，發展了一種被稱為“定向變形組裝”的新型材料制造方法，實現了具有仿生結構的高性能可持續材料的規模化制備，有望成為石油基塑料的替代品。研究成果日前發表在《自然通訊》上。
大多數塑料來自于石油產品，由于其極端的穩定性，廢棄后在環境中長時間也難以降解。現有的生物基可持續結構材料都受到機械性能較差或制造過程的過于繁瑣的限制，這些因素從成本和生產規模上制約了這類材料的應用。因此，引入先進的仿生結構設計來制造新型的可持續高性能結構材料，將可以極大地提高這類材料的性能，拓寬其應用范圍，加速可持續材料替代不可降解塑料的進程。
珍珠母所具有的磚-泥結構，并兼具高強度和高韌性的優良特性。研究人員通過多尺度的仿生結構設計和表面化學調控，成功構筑了這種兼具高強韌特點的天然生物基可持續結構材料。他們利用二氧化鈦包覆的云母片作為仿生結構中的磚塊，一方面為結構材料提供了遠高于工程塑料的強度，另一方面，還通過裂紋偏轉等仿生結構原理，大幅提高了材料的韌性和抗裂紋擴展性能，為該材料作為一種新興的可持續材料替代現有的不可降解塑料打下了堅實的基礎。
這種全天然結構材料的機械性能在溫度變化時也幾乎保持不變，并且在25℃至200℃的溫度范圍內幾乎保持穩定。此外，它的熱擴散系數也高于大多數工程塑料，因此有利于散熱，這種全天然仿生結構材料比塑料更安全、更可靠，從而使其在高溫或可變溫度下能夠替代塑料而成為一種可持續、輕便、高性能的塑料替代品。(記者 吳長鋒)
關鍵詞： 可完全替代塑料
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