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中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書(shū)宏院士團(tuán)隊(duì)提出了一種基于可變形微球有序組裝，制備高性能仿珍珠母陶瓷-金屬?gòu)?fù)合材料的新策略。該材料兼具高抗彎強(qiáng)度與高斷裂韌性，且可通過(guò)簡(jiǎn)易工藝實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、多形狀定制化生產(chǎn)，為仿珍珠母結(jié)構(gòu)復(fù)合材料走向?qū)嵱没峁┝诵侣窂?。相關(guān)研究成果發(fā)表于2025年第三期《國(guó)家科學(xué)評(píng)論》。NWc即熱新聞——關(guān)注每天科技社會(huì)生活新變化gihot.com

貝類(lèi)動(dòng)物進(jìn)化出的堅(jiān)硬外殼像盔甲一樣保護(hù)柔軟的身體?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，這層外殼的奧秘之一在于內(nèi)部的珍珠母結(jié)構(gòu)——這種天然材料由無(wú)數(shù)碳酸鈣薄片（類(lèi)似“磚塊”）與少量蛋白質(zhì)（類(lèi)似“水泥”）像砌墻般層層堆疊而成。這種層次分明的結(jié)構(gòu)讓珍珠母在受到外力時(shí)，在保持高強(qiáng)度的同時(shí)，能夠極大的耗散能量，即使組成材料本身并不特別堅(jiān)固，組合后卻產(chǎn)生了1+1>2的防護(hù)效果。受此啟發(fā)，科研人員模仿珍珠母結(jié)構(gòu)制備出了更輕更堅(jiān)固復(fù)合材料，有望應(yīng)用于防彈衣和航天材料。但要實(shí)現(xiàn)這類(lèi)材料的大規(guī)模生產(chǎn)并精確控制形狀，目前仍是技術(shù)難題。NWc即熱新聞——關(guān)注每天科技社會(huì)生活新變化gihot.com

俞書(shū)宏研究團(tuán)隊(duì)打破傳統(tǒng)的“磚泥”分步制備思路，采用“一步乳液法”：首先制備了尺寸可調(diào)的氧化鋁微球，經(jīng)過(guò)篩后得到粒徑一致的微球，并在其表面包裹鎳鹽層；進(jìn)一步通過(guò)模具組裝和熱壓燒結(jié)，在此過(guò)程中修飾后的復(fù)合微球被壓扁成片狀陶瓷，金屬鎳層則形成分隔結(jié)構(gòu)，精準(zhǔn)地復(fù)刻了天然珍珠母的微觀“磚泥”結(jié)構(gòu)。NWc即熱新聞——關(guān)注每天科技社會(huì)生活新變化gihot.com

結(jié)構(gòu)表征顯示，該材料在多個(gè)尺度上得到了優(yōu)化。在宏觀層面，氧化鋁陶瓷片與金屬鎳層交替排列。在微觀層面，鎳顆粒滲入陶瓷片內(nèi)部增強(qiáng)韌性，同時(shí)，兩相界面結(jié)合緊密。這種跨尺度協(xié)同效應(yīng)使優(yōu)化后的復(fù)合材料在在高低溫下均表現(xiàn)出較高的抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性。實(shí)驗(yàn)時(shí)，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)所制備的仿珍珠母復(fù)合材料在受力發(fā)生破壞時(shí)，裂紋會(huì)沿陶瓷-金屬界面發(fā)生偏轉(zhuǎn)，通過(guò)能量耗散避免瞬間失效，這一特性使其在極端環(huán)境如航天器熱防護(hù)、高速?zèng)_擊防護(hù)涂層中極具應(yīng)用潛力。NWc即熱新聞——關(guān)注每天科技社會(huì)生活新變化gihot.com

這項(xiàng)研究是繼該團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)人工合成珍珠母工作的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步將仿珍珠母結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念拓展至陶瓷-金屬?gòu)?fù)合材料體系，并與快速塑形制備技術(shù)相結(jié)合，為助力仿生結(jié)構(gòu)材料從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嵱没~出了關(guān)鍵一步。NWc即熱新聞——關(guān)注每天科技社會(huì)生活新變化gihot.com

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