坚固、高长宽比的合成粗纤维（直径 >100 μm）广泛用于各种运输、建筑和体育等应用的结构工程复合材料。然而，这些纤维往往需要复杂的制造工艺，属于能源密集型，同时成本高昂。此外，这些材料在环境上具有不可持续性，尤其是在产品的生命周期结束时，合成纤维是不可生物降解，很难回收利用。因此，天然纤维作为一种更可持续的结构复合材料替代品受到了人们的追捧。竹子生长速度快，天然固体纤维素大纤维含量极高，因此被认为是天然纤维的替代来源。这些大纤维具有由排列整齐的半结晶木质纤维素微纤维（平均直径约12 μm，长宽比约150-200）组装而成的厚细胞壁，具有2.94 GPa的优异抗拉强度。此外，微纤本身是由紧密堆积的纤维素纳米原纤维组成，其结晶的理论拉伸强度为5-7.5 GPa。
近日，马里兰大学胡良兵教授报道了一种自上而下的方法，可以从竹杆中规模化地生产纤维素大纤维，包括温和的脱木素过程，然后是水辅助空气干燥。
文章要点
1）该纤维由排列整齐、紧密堆积的纤维素纳米纤维组成，具有较强的氢键和范德华力，其拉伸强度为1.9±0.32 GPa，杨氏模量为91.3±2 9.7 GPa，韧性为2 5.4±4.5 MJ m−3，超过了木质纤维，可与合成碳类似物媲美。
2）得益于低密度，其比强度高达1.2 6±0.21 GPa cm−3 g−1，超过了钢丝、合成聚合物和玻璃纤维等大多数增强部件。此外，生命周期评估显示，利用当前的天然纤维取代结构复合材料中的聚合物和碳纤维可大幅减少碳排放。
这项工作提出了一条在更广泛的应用领域实现可持续发展的途径，包括汽车、航空和建筑等领域。
参考文献
Li, Z., Chen, C., Xie, H. et al. Sustainable high-strength macrofibres extracted from natural bamboo. Nat Sustain (2021).
DOI：10.1038/s41893-021-00831-2
https://doi.org/10.1038/s41893-021-00831-2
