定制人造珍珠母貝

天然珍珠母如貽貝是最堅(jiān)硬、最穩(wěn)定、最堅(jiān)硬的天然材料之一。研究人員已經(jīng)被它迷住了。電子顯微鏡下珍珠母結(jié)構(gòu)細(xì)膩；它看起來(lái)像一面微型磚墻，接縫處填滿(mǎn)了砂漿。這些磚由微小的碳酸鈣板組成，這些碳酸鈣板堆疊在一起，用礦物橋相互連接，并填充有有機(jī)物質(zhì)的砂漿。

由安德雷R(shí) .領(lǐng)導(dǎo)的復(fù)雜材料小組的ETH研究人員一直在研究和模仿這種結(jié)構(gòu)。材料科學(xué)家使用他們開(kāi)發(fā)的特殊工藝來(lái)生產(chǎn)這種類(lèi)似珍珠母的材料。

他們使用市售的幾十微米的氧化鋁板和一種環(huán)氧樹(shù)脂作為連接水泥。在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中，研究人員根據(jù)需要將溶解在水溶液中的磁化板沿一個(gè)方向排列，在大約1000攝氏度的高壓和溫度下，他們通過(guò)添加樹(shù)脂來(lái)固化材料。這導(dǎo)致復(fù)合材料具有類(lèi)似于天然珍珠母的微觀(guān)結(jié)構(gòu)。

橋梁加固結(jié)構(gòu)

為了使人造珍珠母貝更加穩(wěn)定和堅(jiān)硬，研究小組現(xiàn)在使用這種涂有氧化鈦的板。氧化鈦在800左右開(kāi)始熔化，熔點(diǎn)低于氧化鋁。氧化鈦液滴在血小板表面形成，成為橋，從而強(qiáng)化整個(gè)結(jié)構(gòu)?！斑@些橋梁也會(huì)顯著影響材料的強(qiáng)度，”剛剛發(fā)表在技術(shù)期刊《PNAS》上的一項(xiàng)研究的合著者庫(kù)納爾馬薩尼亞說(shuō)。

這些鈦橋的密度可以通過(guò)壓力和溫度精確調(diào)節(jié)，以生產(chǎn)具有所需物理性能(如硬度、強(qiáng)度和斷裂韌性)的人造珍珠母。在模型和實(shí)驗(yàn)的幫助下，研究人員計(jì)算出哪些壓力和溫度條件促進(jìn)了各種性能的形成，這些性能在剛度上相當(dāng)于碳纖維復(fù)合材料。憑借這一點(diǎn)，研究小組將這種生物材料的硬度、強(qiáng)度和韌性結(jié)合在一起，創(chuàng)造了一項(xiàng)新的世界紀(jì)錄。

通過(guò)新開(kāi)發(fā)的技術(shù)，我們可以生產(chǎn)類(lèi)似珍珠母的材料，這些材料具有適合各種應(yīng)用的定制特性?？赡艿膽?yīng)用包括建筑、飛機(jī)和太空。

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