我國學者仿生“超強魚鱗”研制“人體盔甲”新材料

時間:2018/10/16 7:21:35 來源:河津新聞網 瀏覽次數:

     亞馬遜河中的食人魚牙齒鋒利、性情兇猛,卻奈何不了體型巨大的巨骨舌魚,因為后者有一身“龍鱗甲”。近期,中國科學技術大學俞書宏教授團隊深入研究了這種“超強魚鱗”,首次提出并運用“納米螺旋刷涂法”仿生研制出一種“輕且堅韌”的防護材料。國際學術期刊《國家科學評論》日前發表了該成果。

    當前社會對高性能防護材料的需求不斷提高,但現有材料各有局限性,金屬“太重”、陶瓷“太脆”、纖維復合材料“太軟”。
    前不久,美國加州大學伯克利分校羅伯特·里奇研究組揭示了巨骨舌魚能抵御食人魚可怕攻擊的關鍵機制:魚鱗特殊的螺旋膠合板微納結構,能吸收外界能量并抵抗裂紋的擴張。
    “超強魚鱗”是一種理想的防護材料,但由于缺乏靈活高效組裝微納單元的技術,人工仿制挑戰重重。
    近期,俞書宏教授仿生研究團隊在深入研究“超強魚鱗”基礎上,提出一種創新方法:以羥基磷灰石微納米纖維為基元,結合高分子海藻酸鈉,定向刷涂與螺旋層積相結合,高效組裝仿生復合材料。“羥基磷灰石是動物骨骼的主要成分,我們借助毛刷和納米纖維的微作用力,像刷墻一樣‘定向刷涂、有序排列’,再一層一層按照交錯角‘螺旋堆積’起來。”研究團隊成員、博士后高懷嶺說。
    力學實驗表明,這種新材料性能優異:輕如塑料,卻比人體中最堅硬的牙釉質還硬。常規材料受力形成的裂紋較直,這種材料的裂紋會偏轉、分支,更“吸能”從而更堅韌。研究團隊通過計算機建模,進一步探明了其性能的科學機理。
    據了解,這種新材料可制作防護衣、頭盔,也可以作為人工骨骼替代病變的骨組織。
    該研究受到國際學界關注。著名化學家、德國康斯坦茨大學教授赫爾默特·科芬認為,這項工作“高度鼓舞人心”,縮小了微納設計與工程制造之間的差距,開啟了研制增強型仿生材料的新思路。
                      據新華社
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