文献：Lightweight, tough, and sustainable cellulose nanofiber-derived bulk structural materials with low thermal expansion coefficient 

通讯地址：中国科学技术大学 

通讯作者：俞书宏 

 结构材料在人们的日常生活中扮演者不可或缺的作用，然而常见的金属、陶瓷和聚合物基结构材料都有明显的优势和缺点。为了制备各方面性能都很优异的结构材料，研究人员通常采取的方法是将这三种基本材料进行复合来制备复合结构材料。不过，很多的研究结果显示复合材料的每一项性能(如强度、密度、韧性和热尺寸稳定性)很难超越其组成材料中的最高指标，所以多组分复合只能算是一种折中的方法。因此，开发一种各种性能均很优异的廉价本体结构材料仍是行业内面临的一大难题。 日前，中国科学技术大学俞书宏院士团队开发了一种以细菌纤维素凝胶为前驱体、通过热压粘合来批量化制备具有层状结构的纤维素基结构材料(CNFP)的方法。结果显示，这种绿色环保的CNFP具有轻质高强韧的优异性能，其性能均超越航空铝合金和钢，且其密度仅为钢的六分之一，铝合金的一半。而在-120~150℃的测试温度范围内，热膨胀系数极小。作为结构材料使用的CNFP的每一个性能指标均接近甚至高于金属、陶瓷和聚合物材料中的最高值。因此在Ashby相图中呈现出第四类结构材料的特性。 可以预见，这种采用可再生细菌纤维素作为原材料，利用简便和可大规模生产的方法制备了具有又轻、又强、又韧、又尺寸稳定特性的纤维素基结构材料，在未来的建筑、交通、电子、化工、新能源和航天航空等诸多领域显示出了巨大的应用潜力。

 文章：Ultra-Strong, Ultra-Tough, Transparent, and Sustainable Nanocomposite Films for Plastic Substitute 

通讯地址：中国科学技术大学 

通讯作者：俞书宏 尽管塑料已经为人类社会服役了超过一个世纪的时间，然而无处不在的塑料也成为了“白色污染”的根源，残留在土壤里的微塑料颗粒甚至可以被小麦与生菜吸收。因而这些塑料制品成为了当今环保的头号难题之一。 为了解决上述问题，科学家们已经在可降解、可回收的高分子制品上付出了相当大的努力。然而大多数解决方案都无法生产出同时具有高强度、高韧性并且透明的薄膜，并且没有实现规模化生产。但是此类材料有望在柔性器件、商品包装等多个领域替代传统的塑料制品，因而如何克服传统可降解材料在高强度和高韧性方面的力学不兼容性，并进一步实现高透明度和大规模生产就成为了研究的热点之一。 近日，中国科学技术大学俞书宏院士团队在这一领域又做出了突破性成果。通过具有大规模生产潜力的气溶胶辅助生物合成方法，20×40 cm2珍珠母仿生结构的纳米粘土/细菌纤维素纳米复合材料被制备出来。这一材料的拉伸强度达到了482 MPa，韧性达到了17.71 MJ/m3，超过了目前绝大多数珍珠母仿生材料。此外，高透明性（83.4%在550 nm）、高雾度（88.8%在550 nm）、低热膨胀系数（~3 ppm/K）、超薄（~20 μm）的特性使其在柔性器件及光管理材料领域具有广阔的应用前景。 

Regenerated isotropic wood 

通讯地址：中国科学技术大学 

通讯作者：俞书宏 

木材一直是广泛使用的结构材料，但天然实木受到大尺寸材料稀少、力学上各向异性的限制，因此目前广泛使用的工程木材料主要是人造板。人造板领域市场规模巨大，我国人造板年产量超过3.25亿立方米，市场规模近万亿元。 传统人造板主要是由含有甲醛的树脂等粘合剂将木屑等生物质原料粘结而成的，粘合剂的使用不仅大大提高了人造板的成本，还会在使用过程中持续释放甲醛等有毒有害气体，严重威胁使用者的身体健康。因此，发展高性能无甲醛绿色环保板材对传统人造板产业的升级发展至关重要。 近日，中国科学技术大学俞书宏院士团队提出了一种全新的生物质表面纳米化策略，可以利用生物质天然纳米结构，构筑出一种新型的各向同性仿生木材（RGI-wood）该策略巧妙地利用了木屑等生物质中天然的纤维素纳米纤维，将其暴露在木屑颗粒表面，并使其互相交联从而构筑无需任何粘合剂的高性能人造木材，具体构筑过程如下图所示。 RGI-wood制备示意图。（a）天然木屑；（b）表面蚀刻后的木屑颗粒；（c）表面纳米化的木屑（SNWP）的结构；（d）Ca2+和氢键诱导的SNWP的组装过程；（e）通过热压制备RGI-wood。 在这种高性能人造木材中，微米级木屑颗粒暴露出大量纳米尺度的纤维素纤维，这些纳米纤维通过离子键、氢键、范德华力以及物理纠缠等相互作用结合在一起，无需任何粘结剂，即可紧密结合为高强度的致密结构。这种结构具有高达170 MPa的各向同性抗弯强度和约10 GPa的弯曲模量，其力学强度远超天然实木和传统人造板。此外，新型人造木材还显示出优异的断裂韧性、极限抗压强度、硬度、抗冲击性、尺寸稳定性以及优于天然木材的阻燃性。 作为一种全生物基的环保材料，新型人造木材不含任何粘结剂、制备尺寸不受限制，而且具有远超树脂基材料和传统塑料的力学性能，因此具有非常广泛的应用前景，有望在许多应用场景下取代塑料和传统板材。