材料百态

新华社合肥电 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”。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”。

前不久，美国加州大学伯克利分校罗伯特·里奇研究组揭示了巨骨舌鱼能抵御食人鱼可怕攻击的关键机制：鱼鳞特殊的螺旋胶合板微纳结构，能吸收外界能量并抵抗裂纹的扩张。

“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。

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。

该研究受到国际学界关注。著名化学家、德国康斯坦茨大学教授赫尔默特·科芬认为，这项工作“高度鼓舞人心”，缩小了微纳设计与工程制造之间的差距，开启了研制增强型仿生材料的新思路。

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