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粉末材料无损成型技术获突破

2月28日,浙江农林大学生物质仿生智能研究团队在《自然-材料》期刊发表了题为《粉末材料纤维化》的研究论文。该项研究开发了粉末材料无损成型技术,为初级粒子和宏观应用之间架起一座通用、强大和非破坏性的微纳纤维桥梁。

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通用粉末纤维化工艺的流程示意图 。(王汉伟绘)

粉末作为离散单元的集合体,具有无限的纳米结构和应用可能性,在工业和实验室的第一手材料中占据主导地位。要使粉末可使用,必须将其加工成一定的宏观几何形状,如块状、线状或膜状,以获得结构机械性能。目前,烧结、成型、压制、挤压和涂覆等工艺是将粉末塑造成各种宏观材料的成熟技术。

由于加工过程中颗粒的团聚和变性以及精致结构的损伤,无论粉末设计得多么完美,粉末颗粒的原始纳米结构一般都会在最终材料中消失。随着现代科技进入纳米时代,当传统材料缩小到纳米尺度时,会产生许多令人惊叹的效果,但是目前的加工技术很少能将这些精心设计的纳米效应很好地保留到最终材料中。

虽然将粉末无损加工成具有丰富结构和功能可能性的宏观材料,具有不可估量的科学意义和应用价值,但传统加工技术无法便捷实现。基于此,浙江农林大学的研究团队开发了一种通用的纤维化方法,以二维纤维素为媒介,将各种粉末材料加工成微/纳米纤维,在为颗粒提供结构支撑的同时,保留粉末自身的特性和结构。

该研究发现,自收缩力驱动承载颗粒的纤维素皱缩并卷成纤维,这一温和的过程可防止粉末颗粒聚集和结构损坏。该研究技术能够为宏观材料创建一个纤维状构件库,为医疗、环境、防护、催化、能源相关、航空航天、光电材料、食品工程和日用品制造等领域的基础研究和技术应用提供丰富的材料平台和无限的可能性。

相关论文信息:

https://www.nature.com/articles/s41563-024-01821-3

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