塑料是我们日常生活中最常见的废物。尽管它轻便，结实且便宜，但它是人类广泛使用的人造材料。然而，尽管它为人类生活提供了便利，但同时也带给了人类伤害很大。日益严重的“白色污染”问题已成为全人类迫切需要解决的普遍问题。我们需要找到一种绿色，高性能的塑料替代品。塑料不容易降解，因此它们的废物可以长期存在。塑料会长时间自然降解，有些甚至会超过100年，并且在使用一次后通常会被丢弃。世界各地每天都丢弃大量塑料，这导致“白色污染”问题变得更加严重。此外，许多塑料最终会进入海洋，在海浪，阳光和海洋动物的共同作用下，它将分解成数百万个细小碎片（即微塑料）。微塑料可能会通过我们每天吃的鱼或水进入我们。

血液和免疫系统，从而危害我们的健康。作为一种“事后”方法，废物分类还只能帮助解决塑料去向的问题，但不能从根本上解决根本的问题。寻找可行的塑料替代品可能是一个更好的解决方案，这也是全世界科研人员一直在努力解决的方向。近年来，具有互斥特性（例如强度和韧性）的高性能结构材料的设计，尤其是基于纳米结构的高性能结构材料，引起了研究人员的越来越多的兴趣。当将这些纳米组分“组装”成宏观材料时，许多纳米级的特性可以扩展到宏观水平。尤其重要的是，使用可再生和可持续的纳米组件来构建高性能的绿色整体结构材料非常重要。在地球上大多数植物的长期进化过程中，纤维素基材料用作自己的结构支撑材料。植物中的纤维素主要以纤维素纳米纤维（CNF）的形式存在，具有出色的机械和热学性能。 CNF可以从植物中提取或由细菌产生。它是地球上最丰富的绿色资源之一。它具有低密度，低热膨胀系数，高强度，高刚度和易变形等优异性能。该材料是理想的纳米级成分，比凯夫拉尔和钢具有更高的强度（2 GPa）和模量（138 GPa），并且具有更低的热膨胀系数（0.1 ppm / K）。尽管已经进行了各种努力以将CNF的这些纳米级性能扩展到宏观水平，但是到目前为止，只能通过不同的策略制备宏观纤维和薄膜。例如，从木材CNF获得大纤维，其杨氏模量为86GPa，拉伸强度为1.57GPa，超过任何已知的天然或合成生物聚合物。

此外，研究人员还设计了具有高强度，高透明性和低热膨胀系数的CNF膜，并将其用于电子设备，柔性显示器等领域。然而，在将CNF材料的纳米级性能扩展到三维体材料方面仍然存在挑战。如果能够构建可持续的高性能三维结构材料，那么它将肯定促进CNF的发展，拓宽其应用领域，并为工程设计提供更多的材料选择。自人类诞生以来，材料已成为社会发展的基础。在各种材料中，诸如金属，陶瓷和聚合物的结构材料是使用最广泛的。 CNFP具有更高的比强度，比钢高4倍，也比传统的塑料和铝合金高。另外，CNFP的比冲击韧性比铝合金高，密度仅为铝合金的一半。图CNFP的制备过程和结构分析。 A.通过生物合成生产CNF水凝胶； B.水凝胶及其三维纳米纤维网络结构； C.通过在80摄氏度下压缩多层CNF水凝胶来制备CNFP； D. CNFP样品示意图。 CNFP的多层结构； F. CNFP单层结构的纳米纤维网络； G. CNFP中的纤维素分子链通过氢键紧密结合； H. CNFP样品；一，零件经过加工。 （来源：《科学进展》） CNFP与聚合物，金属和陶瓷的热膨胀系数，比强度和比冲击韧性的比较。 CNFP优于聚合物，金属和陶瓷。 A.热膨胀系数和比强度图； B.热膨胀系数和比冲击韧性图。 （来源：科学进展）与塑料或其他聚合物基材料不同，CNFP具有极好的耐极端温度和热冲击的性能。从-120°C到150°C，CNFP的热膨胀系数小于5 ppm / K，接近于陶瓷材料，远低于典型的聚合物和金属。此外，在120°C的热量和-196°C的液氮之间连续10次快速热冲击后，CNFP仍然可以保持其强度。结果表明，该材料具有良好的耐热尺寸稳定性，并且在极端温度以及冷热交替的条件下作为结构材料具有很大的潜力。 

CNFP不仅具有出色的性能，而且由于其广泛的原材料获取价格低廉，每公斤成本仅为0.5美元，低于大多数塑料。由于低密度，出色的强度和韧性以及良好的耐热尺寸稳定性，CNFP的所有这些特性都超过了传统的金属，陶瓷和聚合物，使其成为工程需求的高性能和环保替代品，从而减轻了重量电阻防护与缓冲材料，航天材料，精密仪器结构件等应用领域具有广阔的应用前景，特别适合于航空航天领域。该论文指出，CNFP不仅具有替代塑料的能力，从而使我们免于被塑料“淹没”的危机，而且作为下一代可持续的轻质结构材料也具有巨大的潜力。基于这种生物基和可生物降解的材料，可持续和高性能结构材料的构建将大大加速塑料的替代。也许将来有一天，“白色污染”问题将完全消失。

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