科技日報記者?吳長鋒
在給現代生活帶來極大便利的同時，塑料制品也帶來了嚴重的環境問題。大多數塑料的原材料是石油，由于塑料極端的穩定性，廢棄后在環境中長時間難以降解，最終導致持續性的環境污染。那么，能否研發出一種可持續的高性能結構材料替代石油基塑料？
(資料圖)
日前，中國科學技術大學俞書宏院士團隊傳來了好消息。他們研發了一種由食品級馬尾藻纖維素納米纖維（SCNF）制成的、具有優異力學性能和熱學性能的高性能結構材料，為進一步代替塑料找到了一條新的路徑。相關研究成果發表在國際期刊《先進材料》上。
全世界目前的塑料產量已超過3.68億噸。這當中，一次性使用的塑料制品約占40%。而這些塑料制品，尤其是一次性包裝和一次性餐具等，面臨著總消耗量大、浪費嚴重及回收困難等問題。同時，大量研究表明，塑料在日常使用和降解過程中均會釋放微塑料，這將對環境和人體健康構成潛在威脅。因此，開發具有優異的力學強度和耐熱性能且不釋放微塑料的高性能結構材料勢在必行。
俞書宏團隊長期致力于仿生結構材料的研究，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。
2020年，俞書宏團隊研發了一種被稱為“定向變形組裝”的新型材料制造方法。通過該方法，團隊成功地將纖維素納米纖維和二氧化鈦包覆的云母片復合制備了具有仿生結構的高性能可持續結構材料。所獲得的結構材料具有比石油基塑料更好的機械和熱性能，有望成為石油基塑料的替代品。
憑借前期的科研積累，俞書宏團隊向著仿生功能材料更深的領域進行探索。
該團隊在溫和的反應條件下，開發了高效、低能耗的方法，從馬尾藻工業廢棄物中提取出一種食品級的SCNF。SCNF經鈣離子交聯后形成SCNF水凝膠。該團隊通過自上而下的方法將SCNF水凝膠制備成高強度和高熱穩定性的馬尾藻纖維素基結構材料。
與大多數商用塑料相比，該結構材料具有較高的硬度，還可以通過破壞和重組可逆的納米纖維間氫鍵相互作用網絡來耗散能量，進而實現強度、模量、韌性和熱穩定性的平衡。
同時，該結構材料還具有良好的可加工性能及食品安全性，可加工成不同形狀的餐具。此外，這種結構材料還可以通過聚乳酸和姜黃素進行改性，以獲得更好的防水性能和抗菌性能。
俞書宏團隊表示，用該結構材料制作的餐具整體性能優于目前的商用塑料、木基和聚乳酸基餐具，在該領域顯示出替代這些產品的潛力。
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