◎本报记者 吴长锋
马尾藻纤维素基结构材料具有较高的硬度，可以通过破坏和重组可逆的纳米纤维间氢键相互作用网络来耗散能量，进而实现了强度、模量、韧性和热稳定性的平衡。同时，该结构材料还具有良好的可加工性能及食品安全性，可加工成不同形状的餐具。
在给现代生活带来极大便利的同时，塑料制品也带来了严重的环境问题。大多数塑料的原材料是石油，由于塑料极端的稳定性，废弃后在环境中长时间难以降解，最终导致持续性的环境污染。那么，能否研发出一种可持续的高性能结构材料替代石油基塑料？
日前，中国科学技术大学俞书宏院士团队传来了好消息。他们研发了一种由食品级马尾藻纤维素纳米纤维（SCNF）制成的、具有优异力学性能和热学性能的高性能结构材料，为进一步代替塑料找到了一条新的路径。相关研究成果发表在国际期刊《先进材料》上。
全世界目前的塑料产量已超过3.68亿吨。这当中，一次性使用的塑料制品约占40%。而这些塑料制品，尤其是一次性包装和一次性餐具等，面临着总消耗量大、浪费严重及回收困难等问题。同时，大量研究表明，塑料在日常使用和降解过程中均会释放微塑料，这将对环境和人体健康构成潜在威胁。因此，开发具有优异的力学强度和耐热性能且不释放微塑料的高性能结构材料势在必行。
俞书宏团队长期致力于仿生结构材料的研究，将仿生结构设计理念运用于高性能生物基结构材料的研制。
2020年，俞书宏团队研发了一种被称为“定向变形组装”的新型材料制造方法。通过该方法，团队成功地将纤维素纳米纤维和二氧化钛包覆的云母片复合制备了具有仿生结构的高性能可持续结构材料。所获得的结构材料具有比石油基塑料更好的机械和热性能，有望成为石油基塑料的替代品。
凭借前期的科研积累，俞书宏团队向着仿生功能材料更深的领域进行探索。
该团队在温和的反应条件下，开发了高效、低能耗的方法，从马尾藻工业废弃物中提取出一种食品级的SCNF。SCNF经钙离子交联后形成SCNF水凝胶。该团队通过自上而下的方法将SCNF水凝胶制备成高强度和高热稳定性的马尾藻纤维素基结构材料。
与大多数商用塑料相比，该结构材料具有较高的硬度，还可以通过破坏和重组可逆的纳米纤维间氢键相互作用网络来耗散能量，进而实现强度、模量、韧性和热稳定性的平衡。
同时，该结构材料还具有良好的可加工性能及食品安全性，可加工成不同形状的餐具。此外，这种结构材料还可以通过聚乳酸和姜黄素进行改性，以获得更好的防水性能和抗菌性能。
俞书宏团队表示，用该结构材料制作的餐具整体性能优于目前的商用塑料、木基和聚乳酸基餐具，在该领域显示出替代这些产品的潜力。
来源：科技日报
