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  近日，美國(guó)馬里蘭大學(xué)胡良兵在Advanced Materials發(fā)表了“Super-Strong, Super-Stiff Macrofibers with Aligned, Long Bacterial Cellulose Nanofibers” 的文章。研究人員通過(guò)革蘭氏陰性細(xì)菌醋桿菌可以沿著縱向細(xì)胞表面的線性纖維素合成TC將葡萄糖聚合成纖維素鏈，產(chǎn)生≈1.5nm寬的16-鏈亞元素原纖維，然后結(jié)晶成30-50nm寬和4-5nm厚的帶狀細(xì)菌纖維素細(xì)絲。細(xì)菌纖維素具有≈1-9μm的納米纖維，聚合度高達(dá)14000-16000和高結(jié)晶度（84-89％），使其成為制造大型纖維的構(gòu)件材料的理想選擇。通過(guò)簡(jiǎn)便且可伸縮的濕法拉伸和濕法扭曲法制備的超細(xì)細(xì)菌纖維素納米纖維制成的超強(qiáng)超硬纖維素纖維。所得的細(xì)菌纖維素大分子纖維由于納米纖維沿纖維軸線的長(zhǎng)度和取向而產(chǎn)生高抗拉強(qiáng)度（826MPa）和楊氏模量（65.7GPa）。超細(xì)纖維的比拉伸強(qiáng)度高達(dá)598 MPag-1cm3，甚至比新型輕質(zhì)鋼（227MPag-1cm3）更強(qiáng)。

圖1 濕法拉伸和濕捻法制備超強(qiáng)超硬纖維素纖維的過(guò)程及表征

（a）超強(qiáng)超細(xì)纖維素超細(xì)纖維制造的示意圖；

（b）在隨機(jī)排列的細(xì)菌纖維素納米纖維網(wǎng)絡(luò)中纏繞醋桿菌的頂視圖；

（c）超強(qiáng)超級(jí)細(xì)菌纖維素大分子纖維頂視圖；

（d）超強(qiáng)超級(jí)細(xì)菌纖維素大分子纖維的側(cè)視圖。

圖2 細(xì)菌纖維素大分子纖維的SEM圖像

（a），（b）扭曲細(xì)菌纖維素大分子纖維的表面形態(tài)；

（c），（d）濕法拉伸的細(xì)菌纖維素大分子纖維表面形態(tài)；

（e）拉伸細(xì)菌纖維素超細(xì)纖維的側(cè)視圖；

（f）超強(qiáng)SAXS圖案和超剛性細(xì)菌纖維素大纖維。

圖3 細(xì)菌纖維素大分子纖維的機(jī)械性能

（a）細(xì)菌纖維素微纖維在張力下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線；

（b）BC-0斷裂面的SEM圖像；

（c），(d）BC-30斷裂面的SEM圖像；

（e）與纖維素基大分子纖維和天然絲相比，極限拉伸強(qiáng)度；

（f）與天然纖維素纖維，再生纖維素微纖維和新型輕質(zhì)鋼材料相比，具體的極限強(qiáng)度與特定的楊氏模量。

圖4 大型纖維的扭曲的細(xì)菌纖維素紗線的SEM圖像

（a）將細(xì)菌纖維素微纖維扭轉(zhuǎn)成紗線加工的照片；

（b）由一至五個(gè)宏觀纖維（從左到右）組成的扭曲細(xì)菌纖維素紗的照片；

（c）一個(gè)，（e）兩個(gè)，（g）三個(gè)，（i）四個(gè)（k）五個(gè)宏觀纖維所得細(xì)菌纖維素紗線的表面形態(tài)及對(duì)應(yīng)的橫截面形態(tài)（d），（f），（h），（j）和（i）。

圖5 細(xì)菌纖維素大纖維的大尺度和可染色性能

（a）醋酸醋桿菌在靜態(tài)浸漬培養(yǎng)條件下產(chǎn)生細(xì)菌纖維素，5天后生長(zhǎng)厚度為5mm的細(xì)菌纖維素薄膜；

（b）卷繞直徑為300μm的超長(zhǎng)細(xì)菌纖維素纖維的照片；

（c）細(xì)菌纖維素彈簧；

（d）在室溫下浸泡在甲基藍(lán)溶液中容易地染成藍(lán)色；

（e）細(xì)菌纖維素纖維通過(guò)針插入，可以像線一樣被捆扎。

  研究人員展示了完全由超細(xì)細(xì)菌纖維素納米纖維制成的高性能大分子纖維。濕法拉伸導(dǎo)致層次對(duì)齊和濕捻增強(qiáng)了間隙氫鍵并減少了絲間隙。細(xì)纖維素大纖維在整體宏觀纖維素纖維材料中達(dá)到了記錄的抗拉強(qiáng)度（達(dá)826Mpa），特別是36.4GPa g-1 cm3的特殊楊氏模量?jī)?yōu)于低密度金屬。另外，細(xì)菌纖維素紗線可以通過(guò)扭轉(zhuǎn)各種宏觀纖維來(lái)獲得，大纖維在工業(yè)上具有很大的可伸縮性，可以很容易地染色。這項(xiàng)工作展示了從纖維素原料生產(chǎn)高強(qiáng)度長(zhǎng)絲的可能性，用于未來(lái)生產(chǎn)高性能生物復(fù)合材料和紡織品生產(chǎn)，以及生物醫(yī)藥和納米流體的新應(yīng)用。

  論文鏈接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201702498/full