中國科學技術大學利用細菌制出高性能絕緣奈米紙

記者日前從中國科學技術大學獲悉，該校俞書宏院士團隊研製出一種高性能纖維素基奈米紙材料，在極端條件下仍可保持優異的機械和電絕緣性能。相關成果日前發表于國際知名材料科學領域學術期刊《先進材料》。

隨著人類對南極洲、月球和火星等極端環境探索的深入，不斷會遇到強紫外線環境、原子氧和高低溫交替環境等極端環境條件，這些已經成為今後深入探索的主要障礙。

在極端環境下，材料的物理化學特性會發生變化，嚴重時甚至會導致重要設備和裝置的損壞。在傳統材料當中，金屬和陶瓷本身具有出色的機械性能和對極端環境的耐受性，但金屬材料面臨密度過高重量過大的問題，而陶瓷材料則面臨脆性和難以加工等問題。

聚合物具有輕質和可塑的特點，但目前大多數聚合物基複合材料在極端環境長期服役會産生高溫軟化和低溫脆性等問題。因此，設計和製備一種能長期在極端環境下服役的高性能防護材料是材料領域面臨的難題之一。

大自然中珍珠母的“磚—泥”結構具有極好的力學性能。近年來，這種精巧的有序結構的其他功能也逐漸成為研究熱點。中國科大研究人員受其啟發，首先採用氣溶膠輔助生物合成方法，利用細菌産出的纖維素奈米纖維將分散的合成雲母奈米片均勻而緊密地纏結得到複合水凝膠，然後通過熱壓的方式，得到最終的倣珍珠母結構的奈米紙材料。

該奈米紙表現出高強度、高模量、高韌性、可折疊性和抗彎曲疲勞性等優異的力學性能，同時具有較高的電擊穿強度。與純纖維素奈米紙相比，該複合奈米紙的耐電暈壽命顯著提高，甚至超過了商用聚酰亞胺薄膜。

此種高性能纖維素基奈米紙在高低溫交替、紫外線和原子氧等極端條件下，仍表現出優異的綜合性能，為未來人們對極端環境的探索提供了一個極好的防護材料選擇。