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我國(guó)學(xué)者仿生“超強(qiáng)魚鱗”研制“人體盔甲”新材料
2018-10-15 11:58:23 來(lái)源: 新華網(wǎng)
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  新華社合肥10月15日電(記者 徐海濤)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?yàn)楹笳哂幸簧怼褒堶[甲”。近期,中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書宏教授團(tuán)隊(duì)深入研究了這種“超強(qiáng)魚鱗”,首次提出并運(yùn)用“納米螺旋刷涂法”仿生研制出一種“輕且堅(jiān)韌”的防護(hù)材料。國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《國(guó)家科學(xué)評(píng)論》日前發(fā)表了該成果。

  當(dāng)前社會(huì)對(duì)高性能防護(hù)材料的需求不斷提高,但現(xiàn)有材料各有局限性,金屬“太重”、陶瓷“太脆”、纖維復(fù)合材料“太軟”。

  前不久,美國(guó)加州大學(xué)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(guān)鍵機(jī)制:魚鱗特殊的螺旋膠合板微納結(jié)構(gòu),能吸收外界能量并抵抗裂紋的擴(kuò)張。

  “超強(qiáng)魚鱗”是一種理想的防護(hù)材料,但由于缺乏靈活高效組裝微納單元的技術(shù),人工仿制挑戰(zhàn)重重。

  近期,俞書宏教授仿生研究團(tuán)隊(duì)在深入研究“超強(qiáng)魚鱗”基礎(chǔ)上,提出一種創(chuàng)新方法:以羥基磷灰石微納米纖維為基元,結(jié)合高分子海藻酸鈉,定向刷涂與螺旋層積相結(jié)合,高效組裝仿生復(fù)合材料。

  “羥基磷灰石是動(dòng)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(cuò)角‘螺旋堆積’起來(lái)?!毖芯繄F(tuán)隊(duì)成員、博士后高懷嶺說(shuō)。

  力學(xué)實(shí)驗(yàn)表明,這種新材料性能優(yōu)異:輕如塑料,卻比人體中最堅(jiān)硬的牙釉質(zhì)還硬。常規(guī)材料受力形成的裂紋較直,這種材料的裂紋會(huì)偏轉(zhuǎn)、分支,更“吸能”從而更堅(jiān)韌。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)計(jì)算機(jī)建模,進(jìn)一步探明了其性能的科學(xué)機(jī)理。

  據(jù)了解,這種新材料可制作防護(hù)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(guó)際學(xué)界關(guān)注。著名化學(xué)家、德國(guó)康斯坦茨大學(xué)教授赫爾默特·科芬認(rèn)為,這項(xiàng)工作“高度鼓舞人心”,縮小了微納設(shè)計(jì)與工程制造之間的差距,開啟了研制增強(qiáng)型仿生材料的新思路。

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