據(jù)外媒報道，麻省理工學院（MIT）的研究人員，利用在樹木中發(fā)現(xiàn)的纖維素納米晶體（CNC），開發(fā)了一種既有韌性又堅固的新材料。

（圖片來源：麻省理工學院）

        研究人員Abhinav Rao表示，大多數(shù)制造的材料可能有韌性，或者很堅固，但是兩者往往不能兼而有之。在MIT攻讀博士學位期間，Rao幫助創(chuàng)造了這種新材料。

        這種材料的主要成分來自樹木。所有植物的細胞壁中都含有微小的牙簽狀晶體，這種纖維素納米晶體能夠賦予植物結(jié)構(gòu)和強度，但是非常微小，其寬度僅為一根頭發(fā)的1/500。工程師們通過加工木材，去除其他物質(zhì)，以得到纖維素納米晶體。人們將纖維素納米晶體用于制造電子零件，或者醫(yī)療設(shè)備等。日本某團隊甚至用含有纖維素納米晶體的材料制造了一輛汽車。然而，在此之前，這些納米晶體在新材料中所占的份額非常小，其余往往是塑料。因為納米晶體易于結(jié)塊，其細小的牙簽形狀消失后，韌性和強度也隨之消失了。

        為了增加可以放在一起而不會結(jié)塊的小牙簽晶體的數(shù)量，Rao的團隊發(fā)明了一種新凝膠，其起始狀態(tài)為含有一些塑料和纖維素納米晶體的液體。Rao解釋說，“這個時候，纖維素位于底部。”接下來，研究人員利用超聲波振動液體，攪動納米晶體。等一切完全混合，液體會“結(jié)成凝膠，并停止移動?！边@個過程很快，僅需幾秒鐘。

        這種凝膠比果凍更硬，把杯子倒過來，也不會倒出來。通過3D打印機或成型機，對凝膠施加足夠的壓力，可使其形成新的形狀。為了進行測試，該團隊利用這種凝膠設(shè)計了一種牙齒狀物體。將這顆凝膠狀牙齒置于高溫下，其會硬化成固體，同時材料收縮了許多，最終變得像某些骨頭一樣堅硬。

        研究人員表示，這種全有機材料的硬度可與鋁合金相媲美，厘米級斷裂韌性與木材細胞壁相當。在63 wt% CNCs下，該復(fù)合材料的硬度為0.66 GPa，斷裂韌性為5.2 MPa m\(^{1/2}\)。這些特性源自新材料的結(jié)構(gòu)，因為每個堅硬的纖維素納米晶體或一小群晶體周圍，都包裹著少量較軟的塑料。所以，即或有裂縫，也不能貫穿整個材料，而是蜿蜒前進，通常都不會太長，從而使材料保持堅固。

        按重量計算，新材料中纖維素納米晶體的含量高達60%以上，其余是塑料。Rao表示，除了強度、韌性或耐久性，這些纖維素納米晶體源自樹木，比塑料或其他大多數(shù)合成材料更加環(huán)保。