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亚马逊河中的食人鱼牙齿锋利、性情凶猛,却奈何不了体型巨大的巨骨舌鱼,因为后者有一身“龙鳞甲”。近期,中国科学技术大学俞书宏教授团队深入研究了这种“超强鱼鳞”,首次提出并运用“纳米螺旋刷涂法”仿生研制出一种“轻且坚韧”的防护材料。国际学术期刊《国家科学评论》日前发表了该成果。
当前社会对高性能防护材料的需求不断提高,但现有材料各有局限性,金属“太重”、陶瓷“太脆”、纤维复合材料“太软”。“超强鱼鳞”是一种理想的防护材料,但由于缺乏灵活高效组装微纳单元的技术,人工仿制挑战重重。
近期,俞书宏教授仿生研究团队在深入研究“超强鱼鳞”基础上,提出一种创新方法:以羟基磷灰石微纳米纤维为基元,结合高分子海藻酸钠,定向刷涂与螺旋层积相结合,高效组装仿生复合材料。
“羟基磷灰石是动物骨骼的主要成分,我们借助毛刷和纳米纤维的微作用力,像刷墙一样‘定向刷涂、有序排列’,再一层一层按照交错角‘螺旋堆积’起来。”研究团队成员、博士后高怀岭说。
力学实验表明,这种新材料性能优异:轻如塑料,却比人体中最坚硬的牙釉质还硬。常规材料受力形成的裂纹较直,这种材料的裂纹会偏转、分支,更“吸能”从而更坚韧。研究团队通过计算机建模,进一步探明了其性能的科学机理。
据了解,这种新材料可制作防护衣、头盔,也可以作为人工骨骼替代病变的骨组织。
新华社