實現植物納米纖維素的低成本、工業化規模提取，一直是一個世界性的科學挑戰，最近我們成功地解決了這個挑戰。中國科學技術大學俞書宏院士團隊通過長期的技術積累與創新，攻克并成功解決了植物納米纖素提取的這一世界性難題，發展了一種植物納米纖維素的提取方法，這種方可將紙漿、樹葉、刨花或秸稈等天然生物質中的納米纖維素高效分離并加工成具有極優異性能的各種材料。該方法在國際上首次實現了生物質中納米纖維的高效分離與加工，具有極高的科學原創性和技術先進性，目前已實現工業化規模生產驗證（6噸/小時），分離得到的納米纖維素具有出色的力學和熱學性能，比如它具有比凱夫拉和鋼鐵更高的強度和模量，同時具有比石英玻璃更低的熱膨脹系數，是構建宏觀高性能材料產品的理想原料。

這是一種全新的、廣泛的工業原料，在諸多行業，都可添加結合實現性能提升和成本降低。基于這種植物納米纖維原料，團隊目前已進行若干系列高性能材料產品的試制和鑒定，包括1）可用于航空航天、精密儀器和高端環保建筑家裝材料的型材；2）可用于柔性顯示屏和柔性觸控器件透明基底、高性能環保包裝材料的薄膜；3）可用于手術縫線、沖鋒衣等的高端多功能紡織品纖維；4）可用于室內裝修的零VOC全生物質水性涂料、或艦艇防護的多功能涂料；5）可用于高層建筑保溫和高端保暖服裝的生物質海綿泡沫；6）植物纖維空氣凈化材料；7）植物纖維離子交換水凈化材料；8）高阻隔性透濕醫用防護服；9）牛奶果汁增稠膳食纖維穩定劑；10）口感與牛肉極為接近的植物蛋白人造肉； 11）純天然植物納米纖維日化用品等。其中少部分成果公開發表后，已引起國內外科學界、產業界的廣泛關注，被學術媒體稱“塑料替代可持續材料”、“這可從根本上解決塑料污染問題。上述材料與塑料相比，具有巨大的性能優勢，而且原料來源更廣泛成本更低。預期完全能夠替代所有的塑料制品，并極大地促進農業廢棄物的利用和自然環境的保護。

目前，本團隊已在實驗室實現新型植物納米纖維原料的量產驗證（6噸/小時），并進行了若干系列高性能材料產品的試制和鑒定。我們已驗證了在上述多個領域中的應用，試制了若干系列相關產品，通過實驗室和第三方鑒定，相關產品核心指標均超過國家標準，優于現有塑料產品。我們希望在相關政策、資金的支持下，有充分的場地和設備，通過1-2年的發展，實現上述系列新材料技術成熟，并在相關政策的引導支持下，有計劃地、系統地實現產業化。

1.型材。用于航空航天、精密儀器和高端建筑家裝材料。以獨創的生物質基納米纖維素為原料，開發了一系列具有突出力學與熱學性能的高端結構型材。這類型材的密度僅為鋼的六分之一、航空鋁合金的一半，而強度和韌性卻更好，比強度和比韌性均超越了鋼和航空鋁合金。這類型材還具有極高的尺度穩定性，熱膨脹系數接近陶瓷，僅為航空鋁合金的五分之一，工程塑料的幾十分之一，在高低溫下尺寸和力學性能均能保持高度穩定。這類高端型材有望應用于汽車飛機輕量化、航空航天結構件、精密儀器支撐材料和高端建筑家裝材料等領域。同時由于該系列材料的主要成分是天然的納米纖維素，可降解且制作成本低，有望實現對大多數種類工程塑料的有效替代，顯著減少環境污染。

2.透明薄膜。薄膜一直是塑料應用的重要方向，一次性包裝袋等塑料膜造成了嚴重的環境問題，尋求可持續高性能的替代材料一直是業界共識。以這種高性能納米纖維素為原料，創制了一系列超強超韌的可持續透明薄膜。與現有商用PET等塑料薄膜相比，這種高性能透明薄膜材料在拉伸強度、模量、熱穩定性、熱膨脹系數、最高使用溫度等方面均具有顯著優勢。同時，實現整個生產及再制造過程中不涉及任何有機溶劑的使用，也不產生任何有害物質的排放。由于原料來源廣泛，制造成本接近甚至低于商用PET等薄膜，且在自然環境下3個月即可完全降解，克服了塑料薄膜難以生物降解的問題。市場化后有望在柔性顯示屏和柔性觸控器件透明基底、高性能環保包裝材料等領域對現有塑料薄膜實現替代。

3.紡織品纖維。目前市面上的化纖產品主要以不可再生的石油基聚合物為主，而且生產過程往往伴隨著嚴重的污染，因此通過無污染的過程實現原料廣泛的生物質紡絲一直是世界各國努力的方向。俞書宏院士團隊以發展的新型納米纖維素為原料，通過工業化紡絲技術，首次實現了植物納米纖維的連續紡絲。這種方法的優勢在于可以工業化連續紡絲，并且工業流程也相對簡單。通過這種連續紡絲得到的植物納米纖維可以具備高度取向的有序結構，實現較高的力學強度，從而可以滿足絲線進一步加工的相關要求。與傳統的粘膠纖維相比，我們的材料光澤優美，手感柔軟，懸垂性好，力學性能優異。此外，該材料的整個生產及再制造過程無污染排放，周期較短，在進一步探索實現大規模生產后，有望塑取代目前污染嚴重的粘膠法人造纖維。

4.生物質基多功能零有機揮發物水性涂料。通過對生物質基納米纖維素和天然礦物材料的仿生微納結構設計和化學調控，俞書宏院士團隊研發了一系.列多功能零揮發性有機化合物 (volatile organic compounds, VOC )水性涂料,克服了現有商用涂料釋放甲醛等有毒有害氣體的缺點，解決了室內空氣的污染問題和甲醛等有機物對人體健康的威脅問題，系列新型涂料實現了純水分散，不含任何有機溶劑，涂刷及使用全過程不釋放甲醛等任何有毒有害的氣體。系列新型涂料組分色彩可調控、功能可定制，可根據需求實現隔熱防火、抗菌自清潔、智能傳感等一系列功能。新型涂料綠色健康，原材料成本低，而且已通過

JCT423-1991行業標準檢測，經過中試規模試驗，結合工業化生產設備，有望實現系列零VOC多功能涂料產品的規模化及工業化生產，盡快投入市場。

5. 植物纖維海綿泡沫。目前常用的商用隔熱海綿主要是各種發泡聚合物，但是其在高溫下易燃，同時會產生氮氧化物等各種有毒氣體，是潛在的安全隱患。以高性能納米纖維素等為原料, 俞書宏院士團隊通過仿生結構設計，創制了一系列兼具隔熱防火性能的海綿泡沫，克服了傳統商用隔熱海綿易燃有毒的安全隱患，不會產生任何氮氧化物等各種有毒有害氣體同時，隔熱防火海綿泡沫在使用過程中不會釋放任何VOC,有望作為一種安全健康的隔熱材料，實現對現有商用隔熱海綿的有效替代。

6. 植物納米纖維空氣凈化材料。對PM2.5、細菌和病毒等有害顆粒物的充分過濾能夠有效保障我們身體健康。基于獨創的納米纖維素，俞書宏院士團隊成功研制了具有三維納米網絡結構的空氣凈化材料。相比于目前商用的塑料基室內空氣過濾網，其不僅具有優異的過濾阻隔性能，還能夠在輕薄透氣的同時實現原位滅菌，實現多重保障。該空氣過濾材料有望作為室內空氣凈化器核心濾網和多功能智能紗窗等，在室內空氣凈化領域具有廣的市場前景。

7. 水凈化軟化材料。對水中病菌的過濾和水質的軟化是保障飲用水安全的核心。市面上常見濾水壺的濾芯多采用活性炭和離子交換樹脂，其抗菌性能存在一定不足，同時，由于離子交換樹脂過濾過程中會產生一定的微塑料，會隨著飲用水進入人體。基于表面高活性的天然納米纖維素，俞書宏院士團隊成功研制了純天然的水凈化材料。該水凈化材料具有致密均勻的三維納米網絡結構，不僅可以實現對各種顆粒物質的高效過濾，還實現了對重金屬離子的吸附去除和對病原體的殺滅。由于新型植物纖維水凈化材料綠色純天然，無需擔心掉落微塑料對人體健康造成的潛在危害。該新型水凈化材料有望作為核心水凈化材料，有望代替傳統濾芯中的離子交換樹脂，具有廣闊的市場應用前景，目前正在進行相關產品的研制和制造。

8.植物納米纖維醫用防護服。高質量的醫用防護服和防護口罩等醫用阻隔防護裝備是防治新型冠狀病毒的有力武器。現有的商用防護材料聚丙烯（PP）熔噴布阻隔性能主要來源于表面靜電，然而其表面靜電會在使用過程中逐漸衰減，這限制了防護材料的使用壽命，這一現象在高濕度環境中尤為明顯。另外，為保證防護效果，現有防護服普遍存在悶熱、不透汗現象。新型冠狀病毒疫情爆發后，俞書宏院士團隊緊急攻關，通過對天然植物纖維的微納結構與表面基團的精準調控，成功研制了新型多級尺度醫用阻隔防護材料。新型生物質纖維表面具有高黏附性并帶有大量電荷，因此無需高壓靜電駐極處理即可具有高病菌截留率，提供優異的防護阻隔效果。同時，新型防護材料透濕性能提升了近 3倍，克服了傳統防護服悶熱、不透氣的缺點，在保障高病菌阻隔率的前提下，能夠顯著提升穿著的舒適度。通過緊急攻關，已成功實現了高性能抗菌醫用防護服和醫用防護口罩系列新產品的創制和試產，新產品能夠有效抵抗各種細菌、真菌。9. 植物納米纖維食品添加劑。本研究團隊獨創的新型納米纖維素由于具有純天然、可食用等特點，在食品添加劑領域也展現出了巨大的潛力經過實驗驗證，該納米纖維素可作為牛奶等食品的增稠劑和穩定劑，使其在高酸度環境不發生沉淀。相比現有的食品增稠穩定劑，納米纖維素更安全且更有效，能在更低的添加量下實現更優異的增稠效果。新型納米纖維素有望作為一種綠色純天然的食品添加劑，提升食品口感。

10. 植物蛋白人造肉。基于納米纖維素，俞書宏院士團隊開發的新型純植物基人造肉也取得了驚人的成果。這種新型人造肉不同于現有的肉糜型人造肉，而是具有與真實肉類相似的纖維結構與口感嚼勁，同時具有比肉類更低的成本和更健康的營養配比。在新興的人造肉市場，新型純植物基人造肉大有可為，具有廣闊的市場前景。

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