貝殼珍珠母是當(dāng)今世界仿生材料設(shè)計(jì)研究中的熱點(diǎn)。中國(guó)研究人員１８日在美國(guó)《科學(xué)》雜志網(wǎng)絡(luò)版上報(bào)告說(shuō)，他們參照軟體動(dòng)物合成天然珍珠母的策略，利用完全仿生的方法制備出組分、結(jié)構(gòu)和性能均與天然類似的人工珍珠母。

負(fù)責(zé)研究的中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書宏教授告訴新華社記者：“從具體合成的材料看，我們實(shí)現(xiàn)了合成與天然珍珠母高度類似的人工珍珠母的夢(mèng)想。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，這項(xiàng)研究為今后研制具有優(yōu)異功能的仿生結(jié)構(gòu)材料提供了一種全新的思路和普適的方法。”

自然界中，生命體系通常利用能大量獲取的原料不斷優(yōu)化其微觀結(jié)構(gòu)，來(lái)提升其體內(nèi)硬質(zhì)復(fù)合材料的力學(xué)性能。而材料仿生設(shè)計(jì)研究，便是通過(guò)學(xué)習(xí)這種獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu)，并結(jié)合人工合成的物質(zhì)，來(lái)獲得性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越常規(guī)材料的新型材料。

當(dāng)前仿生結(jié)構(gòu)材料研究的熱點(diǎn)包括貝殼、骨骼和牙齒等。其中珍珠母是貝殼中的內(nèi)層材料，與珍珠具有相似的組成和結(jié)構(gòu)，通常含有９５％以上的碳酸鈣以及不到５％的幾丁質(zhì)和蠶絲蛋白等有機(jī)物。微觀尺度上，它具有砌墻式的磚泥結(jié)構(gòu)，其中“磚”是碳酸鈣薄片，“泥”是幾丁質(zhì)等有機(jī)物。

俞書宏等人的方法參照了軟體動(dòng)物合成天然珍珠母的砌墻式策略，首先運(yùn)用優(yōu)化的冷凍組裝法構(gòu)筑具有多層介觀尺度結(jié)構(gòu)的幾丁質(zhì)框架，然后通過(guò)礦化溶液在框架內(nèi)的循環(huán)流動(dòng)，使得碳酸鈣在該框架的每一層上礦化生長(zhǎng)，最后通過(guò)浸漬蠶絲蛋白溶膠和熱壓的方法即可得到仿珍珠母材料。

這種仿珍珠母材料具有與天然珍珠母高度相似的化學(xué)組分和跨越多個(gè)尺度的有序結(jié)構(gòu)，其密度更低，但力學(xué)性能相當(dāng)，具有優(yōu)越的抗斷裂性能。

研究人員認(rèn)為，這種全新的介觀尺度“組裝與礦化”相結(jié)合的合成策略適用于其他多種材料體系。這個(gè)方法易于調(diào)控材料的微、納多級(jí)結(jié)構(gòu)，原理簡(jiǎn)單，成本較低，有望用于設(shè)計(jì)和構(gòu)筑各種具有優(yōu)越力學(xué)性能的新型多級(jí)結(jié)構(gòu)材料。

 

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中國(guó)科學(xué)家用仿生方法成功合成人工珍珠母

圖文簡(jiǎn)介

貝殼珍珠母是當(dāng)今世界仿生材料設(shè)計(jì)研究中的熱點(diǎn)。