仿生技术新突破——中国科大成功研制仿贝类动物“盔甲”复合材料

说起贝壳，我们能够想到什么？

据媒体报道，近日，中国科学技术大学俞书宏院士团队从贝类动物“盔甲”中获得灵感，制备出了高性能仿珍珠母陶瓷-金属复合材料，相关研究成果发表于《国家科学评论》。据悉，该材料兼具高抗弯强度与高断裂韧性，且可通过简易工艺实现大规模、多形状定制化生产，标志着仿生结构材料从实验室走向实用化迈出了关键一步。

科学家们发现，贝类动物外壳层坚硬的奥秘之一在于内部的珍珠母结构——这种天然材料由 无数碳酸钙薄片与 少量蛋白质像砌墙般层层堆叠而成。其中，碳酸钙薄片扮演“砖块”角色，蛋白质则扮演“水泥”角色。这种层次分明的结构让珍珠母在受到外力时，在保持高强度的同时，能够极大地耗散能量，即使组成材料本身并不特别坚固，组合后却产生了1加1大于2的防护效果。

（贝壳，图源：pixabay 图文无关）

受此启发，科研人员模仿珍珠母结构制备出了更轻更坚固的复合材料，有望应用于防弹衣和航天材料。但要实现这类材料的大规模生产并精确控制形状，目前仍是技术难题。

此项研究也让我们看到“师从自然”是人类进步的重要途径。自然界用亿万年的进化创造出了最“精密”的结构，人类正是以自然为师，实现了对自然的模仿和超越。在仿生学史上，类似的“自然启示录”还有很多，这些仿生都在改写着人类的进程。从鸟类到飞机；从蝙蝠到雷达；从苍蝇到照相机；从萤火虫到人工冷光；从莲叶的超疏水结构到清洁涂料；从鲨鱼皮的盾鳞微结构到减少阻力的泳衣；从蝴蝶翅膀的纳米光子晶体到新型显示技术……

本次研究也让我们看到了仿生技术在材料科学中的广阔前景。俞书宏院士团队通过创新采用“一步乳液法”，通过尺寸可调的氧化铝微球，经过筛后得到粒径一致的微球，并在其表面包裹镍盐层，进一步通过模具组装和热压烧结，在此过程中修饰后的复合微球被压扁成片状陶瓷，金属镍层则形成分隔结构，精准地复刻了天然珍珠母的微观“砖泥”结构。

据悉，该材料在极端环境如航天器热防护、高速冲击防护涂层中极具应用潜力。

当然，仿生科学发展至今，早已不是简单地复制自然，而是在理解自然的前提下，让自然智慧在人类科学中获得二次进化。或许在不久的将来，我们可以看到搭载该材料的发射器遨游太空，可以看到该材料在高速列车中的应用，而这一切都源自研究人员对贝类动物“盔甲”的研究探索。

文章/Pierre

审核/Cherry

排版/angel

参考链接：

1、中国科大团队仿贝类动物“盔甲”研制新材料

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