项目成员：陈勇、熊天成
指导老师：孙大陟 教授
本项目设计了一种可降解的使用磷酸锆（ZrP）和纳米纤维素（CNF）作为填料的聚乳酸（PLA）复合材料，以增强聚乳酸复合材料的力学性能。PLA是种通过农作物的发酵反应产生的可降解高分子材料，又非常丰富的自然来源。PLA具有很多优势，例如环境友好性，生物相容性，节省能源等。但是PLA也有很多缺陷限制了它的应用，例如作为工程塑料，PLA的韧性较差；在生物医学工程领域，PLA有很强的疏水性，有可能在生物体内诱发炎症反应；PLA缺少链段的官能集团，很难对其进行化学改性。将PLA和各种填料混合是一种很好的增强其各项性能的方式，我们将PLA和ZrP-CNF的复合填料进行混合，可以生成一种新兴的三相复合材料，提高PLA复合材料的力学强度。
ZrP是一种层状的生物友好和环境友好的无机材料，具有高机械强度，高结晶度等优点。它的层状结构可以被插层剂剥离，能够有效抑制其结构间的团聚现象，提高分散度。纤维素纳米纤维（CNF）和纤维素纳米晶体（CNC）都是从自然纤维素中提取的纳米尺寸的纤维素材料，都具有丰富的自然来源，较高的长径比和机械强度。然而由于他们表面的大量的羟基，团聚是一个非常常见且严重的问题，抑制了CNF和CNC的各种应用。使用硅烷进行表面修饰是一种非常常用的对CNF和CNC表面进行改性的手段，能够有效抑制团聚现象。
我们先将CNF和ZrP使用溶铸法进行混合，制备ZrP-CNF的复合填料，再将这种复合填料与PLA基体使用熔融共混的方法进行混合，得到PLA-ZrP-CNF三项复合材料。在注塑成测试工件之后，我们使用万能机测试机械性能，并使用SEM观察断裂面以探究增强机理。结果显示CNF可以很好地分散在ZrP的表面，复合材料的力学性能由于填料的加入而有所增强。
