有望替代塑料的理想材料——珍珠质薄膜

珍珠层是一种由文石晶体与有机基质交错排列而成，呈现规整有序的“砖墙”式结构的天然生物材料，其具有独特的结构、良好的韧性及强度，对于仿生材料的设计研究由重要意义。近年来，人们受珍珠层启发，制备了许多仿生高强度高韧性的层状符合材料，其中有望取代传统塑料的纳米复合薄膜的研究受到广泛关注。中科大俞书宏教授课题组在这一领域颇有建树。

俞书宏教授课题组曾在2015年报道了一种完全绿色的高性能人工仿贝壳珍珠层结构的氧化石墨烯-魔芋葡甘聚糖纳米复合薄膜^[1]，该薄膜展现良好生物相容性和生物活性，在取代传统石油类塑料和组织工程支架材料具有潜在应用前景。

近日，他们又基于天然生物高分子材料构筑绿色纳米复合材料的研究趋势，以珍珠层的分层结构为模型，通过气溶胶辅助生物合成工艺结合热压技术开发了一种高性能的复合材料^[2]。

研究人员在制备过程中将纳米材料均匀地纠缠在细菌纤维素（BC）的坚固的三维（3D）网络结构中。使得珍珠质复合材料中的连续BC纤维可以通过纳米粘土薄片分离，从而通过随后的单向热压减小BC纤维直径和“砖和纤维”结构。所制备的这种复合材料具有高透射率（在550 nm下为83.4％）和高雾度（在550 nm下为88.8％）。相比大多数已研发出来的珍珠质复合膜，该材料结合了更高的强度（482 MPa）和韧性（17.71 MJ m^-3），并且可以随意折叠成各种形状，展开后也不会出现明显的损坏。

除了上述优点之外，该珍珠质复合薄膜与大多数商用塑料薄膜相比，它具有更低的热膨胀系数（~3 ppm K^-1）、更高的最高使用温度以及更出色的机械性能。塑料的应用对人类而言是一把双刃剑，它给我们的衣食住行带来便利的同时，也严重影响着我们的生存环境，可替代塑料的可生物降解和环保的复合材料被给予了厚望，这种超强，超韧，透明珍珠质复合材料将成为许多技术领域中（柔性电子产品的透明基材）替代塑料的最有希望的替代品。

参考文献：

1. Wen Kun Zhu, Huai Ping Cong, Hong Bin Yao , Li Bo Mao,et al., Bioinspired, Ultrastrong, Highly Biocompatible, and Bioactive Natural Polymer/Graphene Oxide Nanocomposite Films,Small.doi.org/10.1002/smll.201500486

2. Qing Fang Guan,Zhang Chi Ling, et al., Ultra-Strong, Ultra-Tough, Transparent, and Sustainable Nanocomposite Films for Plastic Substi-tute, Matter (2020).DOI：10.1016/j.matt.2020.07.014