欢乐颂,盗墓笔记第二季

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中安在線、中安新聞客戶端報道：3月10日，中國科大俞書宏院士團(tuán)隊(duì)提出了一種基于可變形微球有序組裝的新策略，用于制備高性能仿珍珠母陶瓷-金屬復(fù)合材料。這種材料不僅具有優(yōu)異的高抗彎強(qiáng)度和高斷裂韌性，而且可通過簡單的工藝實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、多形狀的定制化生產(chǎn)，為將仿珍珠母結(jié)構(gòu)應(yīng)用于實(shí)際領(lǐng)域提供了新的技術(shù)路徑。相關(guān)研究發(fā)表在2025年《國家科學(xué)評論》期刊上。

在自然界中，貝殼的堅(jiān)硬外殼猶如鎧甲般保護(hù)著內(nèi)部柔軟的生物結(jié)構(gòu)?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，珍珠母結(jié)構(gòu)的奧秘在于其天然材料的層次結(jié)構(gòu)：由無數(shù)類似"磚塊"的碳酸鈣薄片與少量"水泥"般的蛋白質(zhì)通過逐層堆砌形成。這種層次結(jié)構(gòu)使珍珠母在承受外力時，不僅具有極高的強(qiáng)度，還能有效消耗能量，從而在材料強(qiáng)度并不特別高的情況下實(shí)現(xiàn)了1+1>2的防護(hù)效果。受此啟發(fā)，科研人員成功制備出更輕且堅(jiān)固的復(fù)合材料，該材料有望應(yīng)用于防彈衣和航天領(lǐng)域。然而，目前實(shí)現(xiàn)此類材料的大規(guī)模精確生產(chǎn)仍面臨技術(shù)挑戰(zhàn)。

俞書宏團(tuán)隊(duì)打破了傳統(tǒng)"磚泥"分步制備的思路，采用"一步乳液法"：首先制備尺寸可調(diào)的氧化鋁微球，經(jīng)過篩分后得到粒徑一致的微球，并在其表面均勻涂覆鎳鹽層；隨后通過模具組裝和熱壓燒結(jié)工藝，將修飾后的復(fù)合微球壓扁成片狀陶瓷，同時形成分隔結(jié)構(gòu)的金屬鎳層。這種操作精準(zhǔn)地復(fù)刻了天然珍珠母微觀結(jié)構(gòu)的"磚泥"模式。

結(jié)構(gòu)表征顯示，該材料在多個尺度上實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化。在宏觀層面，氧化鋁陶瓷片與金屬鎳層交替排列，形成了獨(dú)特的結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。在微觀層面，鎳顆粒深入陶瓷片內(nèi)部，增強(qiáng)了材料的韌性，同時確保了兩種材料界面的緊密結(jié)合。這種跨尺度協(xié)同效應(yīng)使優(yōu)化后的復(fù)合材料在高溫和低溫環(huán)境下均展現(xiàn)出優(yōu)異的抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所制備的仿珍珠母復(fù)合材料在受力發(fā)生破壞時，裂紋沿陶瓷-金屬界面發(fā)生偏轉(zhuǎn)，通過能量耗散機(jī)制有效避免了瞬間失效，這使其在航天器熱防護(hù)、高速沖擊涂層等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

這項(xiàng)研究是繼該團(tuán)隊(duì)成功實(shí)現(xiàn)人工合成珍珠母結(jié)構(gòu)工作的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步拓展了仿珍珠母結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念至陶瓷-金屬復(fù)合材料體系，并成功將快速塑形制備技術(shù)加以應(yīng)用。這一研究進(jìn)展為仿生結(jié)構(gòu)材料從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嵱没~出了關(guān)鍵一步。（記者汪喬）

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