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珍珠母模仿是最坚韧的陶瓷

发布时间:2019-02-06 11:16:00来源:未知点击:

科林巴拉斯(图片来源:科学)根据美国研究人员的说法,一种与珍珠母相似的新型合成材料 - 珍珠母 - 可能是有史以来最坚韧的陶瓷材料他们说,低密度,高强度的材料可以用于航空航天建筑在高性能材料方面,自然界仍然优于人类工程师骨头,木头和珍珠母的性质远远超过其组成元素的简单混合所预期的值这些都难以变形和难以制造秘密在于它们的结构:脆性强的润滑层之间包含润滑层以重新分配应变加州劳伦斯伯克利国家实验室的Robert Ritchie表示,尽管许多研究人员付出了最大的努力,但复制天然层压材料仍然很困难那些最好的努力只产生了非常薄的薄膜,而不是具有实际实用性的大块样品 “我们在这里做到了这一点,”Ritchie告诉“新科学家”,“一种模拟珍珠母的陶瓷/聚合物复合材料”新样品的距离为几厘米(见右上图)为了制造新材料,Ritchie的研究团队采用氧化铝和水的混合物,小心地将其冷冻,以促使冰块形成薄片冰起到模具的作用,将氧化铝夹在板之间的平坦层中然后冷冻干燥除去冰,留下可以烘烤的氧化铝层以将堆叠锁定在适当位置最终结构类似于文石层,其构成珍珠母体积的95%文石是一种碳酸钙形式,许多软体动物都会产生这种形式来排列它们的壳在自然界中,这些层与润滑剂交错,有助于重新分配任何应变,使珍珠母非常坚韧 Ritchie的团队发现,通过在冰留下的孔隙空间中添加光滑的聚合物,它可以以相同的方式提高合成材料的韧性当脆性陶瓷弯曲或拉伸时,聚合物吸收应变由此产生的材料非常坚韧和强韧 - 两种性质往往在合成材料中相互排斥为了描述材料在已经破裂时如何抵抗破坏,工程师使用称为“断裂韧性”的措施这种新材料的断裂韧性几乎是氧化铝和聚合物的简单混合物的两倍 - 每平方根米的值为30兆帕斯卡 Ritchie说,这个数字可能是有史以来最高的陶瓷材料加拿大蒙特利尔麦吉尔大学的FrançoisBarthelat称冰模板制造方法是一种复制微结构的“创新和巧妙方法”在所有匹配珍珠母属性的尝试中,这是“在成分,结构和机械性能方面最接近天然珍珠层”,他说哈佛大学的Andre Studart对这些首批大型人造珍珠层印象深刻然而,他补充说,仍有许多天然材料的秘密仍然是个谜其中最大的一个是这样的结构如何设法在多个尺度上传播应力,同时在米和纳米上共享它期刊参考:科学(DOI:10.1126 / science.11​​64865)更多关于这些主题: