人造纖維素纖維不僅比鋼強，而且還有蜘蛛絲。因此，這種材料為行業(yè)提供了全新的可能性。
人工生產(chǎn)的纖維素納米纖維，在自然界中形成木材和其他植物的基本構(gòu)件，比蜘蛛絲或鋼更強。輕質(zhì)生物纖維非常適用于汽車生產(chǎn)，航空航天和飛機制造以及醫(yī)療技術(shù)。
肉眼幾乎看不見，但仍然相當(dāng)大：漢堡研究中心DESY的科學(xué) 是第 個成功生產(chǎn)可生物降解的人造纖維素纖維的人，這種纖維不僅比鋼強得多，而且比蜘蛛絲還強。
使用的技術(shù)（KTH）斯德哥爾摩皇 學(xué)院的 個研究小組開發(fā)出 種新的生產(chǎn)方法，從在漢堡DESY“（DESY） 個完全新的生物材料科學(xué) 起，由纖維素納米纖維（CNF）和纖維素納米纖維。
這些纖維構(gòu)成了自然界中木材和其他植物的基本構(gòu)件。它們的厚度僅為2至5納米，長度可達(dá)700納米。 納米只有百萬分之 毫米。
生物材料具有哪些特性？
由于無缺陷的分子結(jié)構(gòu)，納米 構(gòu)建塊具有優(yōu)異的機械性能。例如，通過令人印象深刻的高強度和剛性以及 低的重量和特殊的彈性。
可生物降解的人造纖維素纖維比鋼強得多，甚至比蜘蛛絲強，后者被認(rèn)為是 強的生物材料。“納米粒子是可以找到的 緊湊的物體，” DESY漢堡微型和納米焦點測量站P03的負(fù)責(zé)人Stephan Roth解釋道。“為了破壞這樣 個細(xì)胞，你將不得不花費很多精力。”
因此，在未來，新的生物材料可以替代目前用于工業(yè)生產(chǎn)的各種塑料。“我們開發(fā)的生物基納米纖維素線比用天然蜘蛛絲制成的繩索線硬8倍，有時強 些，” 斯德哥爾摩KTH皇 技術(shù)學(xué)院的 DanielL.S?derberg解釋道。
“如果你正在尋找生物基材料，那么沒有什么可比的。它比鋼鐵和所有其他金屬或合金以及玻璃纖維和大多數(shù)其他合成材料更堅固。“
對于自焙這種機械性能在同 水平，玻璃或凱夫拉爾纖維，然而，有 個全資生物基組分（無基于化石的添加劑），并執(zhí)行比這更好的產(chǎn)率，其是由于自旋拖絲的強度和剛度，通常被認(rèn)為是 強的生物基材料
納米纖維適合哪些工業(yè)部門？
據(jù)研究人員稱，這些新型纖維可以生產(chǎn)100％生物基輕質(zhì)復(fù)合材料，用于汽車產(chǎn)品等結(jié)構(gòu)要求苛刻的應(yīng)用。由于非常輕質(zhì)且高強度的材料顯著減輕了重量，同時又不犧牲安全性和設(shè)備舒適性，因此它也非常適用于太空旅行或飛機制造。
科學(xué) 們也看到了醫(yī)療應(yīng)用的巨大潛力，例如植入物，因為：纖維素與組織相容，不會被身體排斥。因此，具有生物纖維的材料可以想象為用于支架和醫(yī)學(xué)中的結(jié)構(gòu)應(yīng)用的關(guān)鍵組件。
“對于醫(yī)療技術(shù)的特殊應(yīng)用，我們假設(shè)應(yīng)用程序可以在大約五年內(nèi)實現(xiàn) - 輕量化構(gòu)造需要更長時間，”S?derberg說。據(jù)研究人員稱，制造成本與目前使用的塑料大致相同。
這些材料是如何由納米組件制成的？
“我們可以假設(shè)，從中期來看，這些生物纖維也可以用3D打印，”羅斯強調(diào)說。“下 步是測試機械性能和功能化，這意味著，例如，纖維是防水或?qū)щ娋酆衔锘旌稀?rdquo;
個從納米元件生產(chǎn)技術(shù)資料的 大挑戰(zhàn)是響亮索德伯格是利用納米 的積木往往是獨 無二的特性，使產(chǎn)能獲得這些特性的技術(shù)材料。
在生產(chǎn)過程中，也稱為流體動力聚焦，可以將微小的木質(zhì)纖維素纖維（原纖維）平行排列。與天然木材相比，其中這些纖維完全混亂，新纖維具有非常堅固和耐用的 致性。為此目的，鋼塊中的納米纖維通過 毫米寬的薄水通道。
通道有兩個側(cè)向流入，去離子水和低pH值水流過。然后，不同的pH值對表面電荷產(chǎn)生影響。這意味著當(dāng)通過窄通道按壓時，光纖部件自身對準(zhǔn)。
同時防止了結(jié)塊。結(jié)果，納米纖維流可以被加速和壓縮。該方法確保納米纖維不僅以期望的取向排列，而且還連接自身以形成緊密包裝的線。
生物材料具有巨大的彎曲強度和拉伸強度
也就是說，納米纖維可以通過在納米纖維之間起作用的所謂的超分子力彼此粘附。“為此我們必須誘導(dǎo)所謂的氫鍵，”羅斯說。“我們加入酸，通過質(zhì)子化改變納米纖維的表面，產(chǎn)生非常強的粘合 - 就像粘合劑 樣，只有沒有膠水。”
據(jù)科學(xué) 稱，該過程還可用于控制碳納米管或其他納米纖維的分組。
測量顯示材料的抗彎剛度為86千兆帕斯卡，抗拉強度為1.57千兆帕斯卡。根據(jù)S?derberg的說法，生產(chǎn)的生物基納米纖維素線比天然蜘蛛絲的繩索線硬8倍，強度高幾倍。
為了監(jiān)控生產(chǎn)過程，使用漢堡研究中心DESY的X射線源PETRA III（正電子 - 電子 - 串聯(lián) - 環(huán) - 系統(tǒng)）。來自PETRA III的明亮X射線束允許您詳細(xì)地跟蹤，分析和優(yōu)化過程以及螺紋的精確結(jié)構(gòu)。據(jù)研究人員稱，這只能通過漢堡DESY研究中心的PETRA III來實現(xiàn)。
X射線衍射圖為科學(xué) 提供了確認(rèn)，即纖維平行排列并通過分子間鍵合力連接。羅斯說：“我們制造的螺紋厚度可達(dá)15微米，長達(dá)數(shù)米。” 微米是千分之 毫米。根據(jù)研究人員的說法，螺紋也可以制成更大的厚度。
如果工業(yè)要使用新材料， 必須要求它們具有技術(shù)，生態(tài)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，并且數(shù)量足夠。“ 終，這種材料的生產(chǎn)還不夠，但這種材料也必須在工業(yè)上加工，” 空中客車新興技術(shù)和概念部主管Martin Dehn強調(diào)說。“例如， 種無法纏繞的超強材料不能在操作上使用 - 它總是所有性能的總和必須更好。”
擁有“ 供應(yīng)商”的汽車制造商保時捷在前期制作和系列開發(fā)方面始終與前瞻性材料保持聯(lián)系。“如果市場上有任何有趣的新材料，特別是具有實踐經(jīng)驗，它們將被記錄在創(chuàng)新管理系統(tǒng)的技術(shù)雷達(dá)系統(tǒng)中，” 保時捷材料工程主管Stephan Schmitt說。
“保時捷還通過賽車部門占據(jù)了 個特殊位置，因為即使是少量車輛部件，也可以提前測試新材料。” 對于Schmitt來說，“超 材料”應(yīng)該作為混合物的半成品或作為編織結(jié)構(gòu)的線。通過這些選項，該材料可用于車輛中的許多位置，與纖維和顆粒增強材料以及紡織品相當(dāng)。
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