【中国科技网】我科学家仿盾皮鱼鱼鳞制备出超级“人造盔甲”

中国科技网·科技日报合肥10月12日电(记者 吴长锋)记者从中国科学技术大学获悉,该校俞书宏教授领导的仿生研究团队,在深入理解盾皮鱼鳞微纳结构和强韧化机制的基础上,首次提出单向/多向刷涂与螺旋层积相结合的高效仿生组装策略,实现了宏观尺度上灵活操纵一维微纳米纤维的空间排布。盾皮鱼研究成果发表于2018年第五期《国家科学评论》上。

最近,国外学者揭示了“巨骨舌鱼”(亚马逊流域一种淡水鱼)能够抵御“水虎鱼(食人鱼)”可怕攻击的机制,发现“巨骨舌鱼”鱼鳞中具有特殊的螺旋胶合板微纳结构,正是这种独特的螺旋构造使“巨骨舌鱼”能吸收来自外界施加负荷的能量并能有效抵抗裂纹的扩张延伸,这正是其能够保护自己不被“水虎鱼”咬伤的关键。然而,当前尚缺乏可以在宏观尺度对一维微纳米纤维单元进行灵活高效的组装排列技术,制备类自然盾皮鱼鳞结构的宏观仿生防护材料仍然是一个挑战。

研究人员以具有生物相容性的羟基磷灰石微纳米纤维为组装基元,发展了一种单向/多向刷涂与螺旋层积相结合的高效仿生组装策略,成功制备出具有类自然盾皮鱼鳞螺旋胶合板结构的宏观三维体型复合材料。通过拉伸和弯曲加载测试、材料多尺度结构和微裂纹电镜观察以及有限元模拟等手段,证实这种由仿生螺旋结构增强材料具有更为优异的损伤抵抗能力,优于许多自然生物材料、人工仿生合成材料和现有工程材料。

该工作发表后,分别被国际学术媒体报道。《国家科学评论》的研究亮点评述称:“这项高度鼓舞人心的工作,一定程度上缩小了微纳仿生设计与未来工程制造之间的差距,开辟了设计更多面向实际应用的微纳米纤维增强型先进仿生材料的途径。”

勇士队巴恩斯

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