马里兰大学（UMD）的研究人员最近发现由纤维素纤维制成的纸张，纤维越小其强度和韧性越大。长期以来，工程师们都在寻求一种既强硬（抵抗不可恢复变形的能力）又坚韧（忍受损坏的能力）的材料。

“强度和韧性往往是对立的，”UMD机械工程系副教授Teng Li说，“例如，一个更强的材料往往是脆性的，像铸铁或钻石。”

该UMD小组通过探索地球上最丰富的可再生生物资源纤维素的机械性能，追踪强大而坚韧的材料的发展。研究人员用几种尺寸的纤维素纤维制成了纸- 所有的都太小，眼睛看不到-大小不等，从约30微米到10纳米。由10纳米厚的纤维制成的纸的韧性是由一千倍大的纤维素纤维制成的普通笔记本纸的40倍，强度是其130倍。

“这些发现可能会导致一类新的既有强度又有韧性的高性能工程材料出现，是材料设计的圣杯，”李说。

基于高性能又轻质的纤维素的材料可能有一天替代传统结构材料（金属）的应用，那些重量是重要因素的应用。这可能导致，例如，更节能和“绿色”的车辆。此外，小组成员说，透明纤维素纳米纸可能应用在柔性电子功能基板上，导致纸张电子、可印刷太阳能电池和柔性显示器的出现，可以从根本上改变日常生活的许多方面。

纤维素纤维可以很容易地形成许多氢键。一旦破裂，氢键能自己改造，赋予材料“自愈”的品质。UMD发现纤维素纤维越小，每平方面积的氢键越多。这意味着由非常小的纤维制成的纸张既可以更好的结合在一起又可以很快的自愈，这是纳米纸纤维素既强大又坚韧的关键。

“这有助于了解为什么纳米纤维素纸如此强韧，尤其是其根本原因也适用于许多其他材料，”UMD材料科学助理教授Liangbing Hu说。

为了确认，研究人员使用了尺寸上与纤维素纤维类似的碳纳米管进行了类似的实验。碳纳米管具有弱得多的键来结合在一起，所以在张力下，他们同样没有结合在一起。尽管单独的纳米管可以说是有史以来最强的物质，由碳纳米管制成的纸很薄弱。

该研究未来方向的一种可能是碳纳米管纸的力学性能的改善。

“碳纳米管组成的网络制成的纸张比预期弱的多，”李说。 “事实上，将碳纳米管的纳米级高超性能转化成宏观的已经是一个巨大的挑战。我们的研究发现一个可行的办法来解决这一挑战并实现强韧的碳纳米管纸张。”

新材料在线编译整理——翻译：王晶晶   校正：摩天轮