研究人员发现用于替代塑料的可持续结构材料
塑料是一种广泛使用的人造材料。塑料的发明给我们提供了一种轻质、坚固、廉价的材料，但也给我们带来了环境问题。许多未回收的塑料废料最终都流入海洋，这是海洋大面积塑料污染。一个塑料袋可分解成175万个微观碎片，称为微塑料。这些微塑料最终可能会通过我们吃的鱼或喝的水而进入人体血液系统。
在地球上大多数植物的长期进化过程中，纤维素基功能材料被不断研发出来作为结构支撑材料。植物中的纤维素主要以纤维素纳米纤维（CNF）的形式存在，具有出色的机械和热学性能。CNF可从植物中提取或由细菌产生，是地球上最丰富的全绿色资源之一。CNF是构建高性能材料的理想策略，因为它比凯夫拉尔和钢具有更高的强度（2 GPa）和模量（138 GPa），并且比石英玻璃具有更低的热膨胀系数（0.1 ppm K-1）。基于这种生物基和可生物降解的建筑材料，构建可持续发展的高性能结构材料，将极大地促进塑料的替代性，帮助人类避免塑料世界末日。
目前中国科学技术大学（USTC）的一研究团队报告了一种纤维素纳米纤维板（CNFP）的高性能可持续结构材料，该材料由生物基CNF构建而成，这种材料可在许多领域替代塑料。这种CNFP具有很高的比强度（〜198 MPa /（Mg m-3）），是钢的4倍，比传统塑料和铝合金高。此外，CNFP比铝合金具有更高的比冲击韧性（〜67 kJ m-2 /（Mg m-3）），密度仅为铝合金的一半（1.35 g cm-3）。
与塑料或其他高分子材料不同，CNFP具有极好的耐极端温度和热冲击性能。从-120°C到150°C，CNFP的热膨胀系数低于5 ppm K-1，这接近于陶瓷材料，远低于典型的聚合物和金属材料。此外，在120°C烘烤炉和-196°C液氮之间的10次快速热冲击后，CNFP仍能保持其强度。这些结果显示了其出色的热冲击稳定性，在极端温度和冷热交替的情况下，CNFP作为结构材料具有很大的应用潜力。由于其原材料的广泛性和生物辅助合成工艺，CNFP是一种低成本的材料，成本仅为0.5美元/千克，低于大多数塑料的成本。CNFP的密度低、强度和韧性突出、热冲击稳定性好，这些性能都超过了传统的金属、陶瓷和高分子材料，是一种高性能、环保型的工程材料，特别是在航空航天领域的应用，是一种高性能、环保型的替代材料。
CNFP不仅具有替代塑料的能力，而且作为下一代可持续发展的轻质结构材料，具有巨大的潜力。
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