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2018-10-15 12:48 |
中國(guó)科大仿生“超強(qiáng)魚(yú)鱗”研制“人體盔甲”新材料
亞馬遜河中的食人魚(yú)牙齒鋒利、性情兇猛，卻奈何不了體型巨大的巨骨舌魚(yú)，因?yàn)楹笳哂幸簧怼褒堶[甲”。近期，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書(shū)宏教授團(tuán)隊(duì)深入研究了這種“超強(qiáng)魚(yú)鱗”，首次提出并運(yùn)用“納米螺旋刷涂法”仿生研制出一種“輕且堅(jiān)韌”的防護(hù)材料。國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《國(guó)家科學(xué)評(píng)論》日前發(fā)表了該成果。 -gpHg
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當(dāng)前社會(huì)對(duì)高性能防護(hù)材料的需求不斷提高，但現(xiàn)有材料各有局限性，金屬“太重”、陶瓷“太脆”、纖維復(fù)合材料“太軟”。 Vs(D(d,
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前不久，美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校羅伯特·里奇研究組揭示了巨骨舌魚(yú)能抵御食人魚(yú)可怕攻擊的關(guān)鍵機(jī)制：魚(yú)鱗特殊的螺旋膠合板微納結(jié)構(gòu)，能吸收外界能量并抵抗裂紋的擴(kuò)張。 Kc+TcC
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“超強(qiáng)魚(yú)鱗”是一種理想的防護(hù)材料，但由于缺乏靈活高效組裝微納單元的技術(shù)，人工仿制挑戰(zhàn)重重。 6o~g3{Ow
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近期，俞書(shū)宏教授仿生研究團(tuán)隊(duì)在深入研究“超強(qiáng)魚(yú)鱗”基礎(chǔ)上，提出一種創(chuàng)新方法：以羥基磷灰石微納米纖維為基元，結(jié)合高分子海藻酸鈉，定向刷涂與螺旋層積相結(jié)合，高效組裝仿生復(fù)合材料。 %9 _jF"
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“羥基磷灰石是動(dòng)物骨骼的主要成分，我們借助毛刷和納米纖維的微作用力，像刷墻一樣‘定向刷涂、有序排列’，再一層一層按照交錯(cuò)角‘螺旋堆積’起來(lái)。”研究團(tuán)隊(duì)成員、博士后高懷嶺說(shuō)。 f! J?n]
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力學(xué)實(shí)驗(yàn)表明，這種新材料性能優(yōu)異：輕如塑料，卻比人體中最堅(jiān)硬的牙釉質(zhì)還硬。常規(guī)材料受力形成的裂紋較直，這種材料的裂紋會(huì)偏轉(zhuǎn)、分支，更“吸能”從而更堅(jiān)韌。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)計(jì)算機(jī)建模，進(jìn)一步探明了其性能的科學(xué)機(jī)理。 pf#~ |n#t
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據(jù)了解，這種新材料可制作防護(hù)衣、頭盔，也可以作為人工骨骼替代病變的骨組織。 UDV6 ##$
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該研究受到國(guó)際學(xué)界關(guān)注。著名化學(xué)家、德國(guó)康斯坦茨大學(xué)教授赫爾默特·科芬認(rèn)為，這項(xiàng)工作“高度鼓舞人心”，縮小了微納設(shè)計(jì)與工程制造之間的差距，開(kāi)啟了研制增強(qiáng)型仿生材料的新思路。
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