人工生产的纤维素纳米纤维，在自然界中形成木材和其他植物的基本构件，比蜘蛛丝或钢更强。轻质生物纤维非常适用于汽车生产，航空航天和飞机制造以及医疗技术。
肉眼几乎看不见，但仍然相当大：汉堡研究中心DESY的科学 是第 个成功生产可生物降解的人造纤维素纤维的人，这种纤维不仅比钢强得多，而且比蜘蛛丝还强。
使用的技术（KTH）斯德哥尔摩皇 学院的 个研究小组开发出 种新的生产方法，从在汉堡DESY“（DESY） 个完全新的生物材料科学 起，由纤维素纳米纤维（CNF）和纤维素纳米纤维。
这些纤维构成了自然界中木材和其他植物的基本构件。它们的厚度仅为2至5纳米，长度可达700纳米。 纳米只有百万分之 毫米。
生物材料具有哪些特性？
由于无缺陷的分子结构，纳米 构建块具有优异的机械性能。例如，通过令人印象深刻的高强度和刚性以及 低的重量和特殊的弹性。
可生物降解的人造纤维素纤维比钢强得多，甚至比蜘蛛丝强，后者被认为是 强的生物材料。“纳米粒子是可以找到的 紧凑的物体，” DESY汉堡微型和纳米焦点测量站P03的负责人Stephan Roth解释道。“为了破坏这样 个细胞，你将不得不花费很多精力。”
因此，在未来，新的生物材料可以替代目前用于工业生产的各种塑料。“我们开发的生物基纳米纤维素线比用天然蜘蛛丝制成的绳索线硬8倍，有时强 些，” 斯德哥尔摩KTH皇 技术学院的 DanielL.S?derberg解释道。
“如果你正在寻找生物基材料，那么没有什么可比的。它比钢铁和所有其他金属或合金以及玻璃纤维和大多数其他合成材料更坚固。“
对于自焙这种机械性能在同 水平，玻璃或凯夫拉尔纤维，然而，有 个全资生物基组分（无基于化石的添加剂），并执行比这更好的产率，其是由于自旋拖丝的强度和刚度，通常被认为是 强的生物基材料
纳米纤维适合哪些工业部门？
据研究人员称，这些新型纤维可以生产100％生物基轻质复合材料，用于汽车产品等结构要求苛刻的应用。由于非常轻质且高强度的材料显着减轻了重量，同时又不牺牲安全性和设备舒适性，因此它也非常适用于太空旅行或飞机制造。
科学 们也看到了医疗应用的巨大潜力，例如植入物，因为：纤维素与组织相容，不会被身体排斥。因此，具有生物纤维的材料可以想象为用于支架和医学中的结构应用的关键组件。
“对于医疗技术的特殊应用，我们假设应用程序可以在大约五年内实现 - 轻量化构造需要更长时间，”S?derberg说。据研究人员称，制造成本与目前使用的塑料大致相同。
这些材料是如何由纳米组件制成的？
“我们可以假设，从中期来看，这些生物纤维也可以用3D打印，”罗斯强调说。“下 步是测试机械性能和功能化，这意味着，例如，纤维是防水或导电聚合物混合。”
个从纳米元件生产技术资料的 大挑战是响亮索德伯格是利用纳米 的积木往往是独 无二的特性，使产能获得这些特性的技术材料。
在生产过程中，也称为流体动力聚焦，可以将微小的木质纤维素纤维（原纤维）平行排列。与天然木材相比，其中这些纤维完全混乱，新纤维具有非常坚固和耐用的 致性。为此目的，钢块中的纳米纤维通过 毫米宽的薄水通道。
通道有两个侧向流入，去离子水和低pH值水流过。然后，不同的pH值对表面电荷产生影响。这意味着当通过窄通道按压时，光纤部件自身对准。
同时防止了结块。结果，纳米纤维流可以被加速和压缩。该方法确保纳米纤维不仅以期望的取向排列，而且还连接自身以形成紧密包装的线。
生物材料具有巨大的弯曲强度和拉伸强度
也就是说，纳米纤维可以通过在纳米纤维之间起作用的所谓的超分子力彼此粘附。“为此我们必须诱导所谓的氢键，”罗斯说。“我们加入酸，通过质子化改变纳米纤维的表面，产生非常强的粘合 - 就像粘合剂 样，只有没有胶水。”
据科学 称，该过程还可用于控制碳纳米管或其他纳米纤维的分组。
测量显示材料的抗弯刚度为86千兆帕斯卡，抗拉强度为1.57千兆帕斯卡。根据S?derberg的说法，生产的生物基纳米纤维素线比天然蜘蛛丝的绳索线硬8倍，强度高几倍。
为了监控生产过程，使用汉堡研究中心DESY的X射线源PETRA III（正电子 - 电子 - 串联 - 环 - 系统）。来自PETRA III的明亮X射线束允许您详细地跟踪，分析和优化过程以及螺纹的精确结构。据研究人员称，这只能通过汉堡DESY研究中心的PETRA III来实现。
X射线衍射图为科学 提供了确认，即纤维平行排列并通过分子间键合力连接。罗斯说：“我们制造的螺纹厚度可达15微米，长达数米。” 微米是千分之 毫米。根据研究人员的说法，螺纹也可以制成更大的厚度。
如果工业要使用新材料， 必须要求它们具有技术，生态和经济优势，并且数量足够。“ 终，这种材料的生产还不够，但这种材料也必须在工业上加工，” 空中客车新兴技术和概念部主管Martin Dehn强调说。“例如， 种无法缠绕的超强材料不能在操作上使用 - 它总是所有性能的总和必须更好。”
拥有“ 供应商”的汽车制造商保时捷在前期制作和系列开发方面始终与前瞻性材料保持联系。“如果市场上有任何有趣的新材料，特别是具有实践经验，它们将被记录在创新管理系统的技术雷达系统中，” 保时捷材料工程主管Stephan Schmitt说。
“保时捷还通过赛车部门占据了 个特殊位置，因为即使是少量车辆部件，也可以提前测试新材料。” 对于Schmitt来说，“超 材料”应该作为混合物的半成品或作为编织结构的线。通过这些选项，该材料可用于车辆中的许多位置，与纤维和颗粒增强材料以及纺织品相当。
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