羽毛是鳥類飛翔的主要依靠，也一直是人們所向往的神器。但與蝙蝠和蝴蝶的膜狀翅膀不同，鳥類的羽毛具有更強(qiáng)的自我修復(fù)能力和抗撕裂能力。自Hooke利用顯微鏡觀察并畫出羽毛的草圖以來，羽毛的結(jié)構(gòu)和性能已引起了人們的廣泛關(guān)注。然而，目前人們對(duì)羽毛結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)仍停滯在“hook-groove”模型，而這個(gè)模型忽略了羽毛本身的更微觀結(jié)構(gòu)，很難解釋羽毛的抗撕裂能力和超耐久性。

    近日，中科院理化所仿生材料與界面科學(xué)實(shí)驗(yàn)室研究團(tuán)隊(duì)利用X-射線顯微鏡和顯微操作系統(tǒng)對(duì)羽毛的精細(xì)三維結(jié)構(gòu)及其功能進(jìn)行了觀察，發(fā)現(xiàn)了羽毛的羽枝間的一種新型機(jī)械互鎖體系：級(jí)聯(lián)滑鎖系統(tǒng)（由鉤子，滑道和滑道端部的背刺組成），并闡明了級(jí)聯(lián)滑鎖結(jié)構(gòu)的工作原理，成功揭示了羽毛抗撕裂能力和超耐久性的秘密。

    這種級(jí)聯(lián)滑鎖結(jié)構(gòu)不僅保證了羽枝間較強(qiáng)的粘附力，同時(shí)保護(hù)了羽枝在分離過程中不受到損壞。實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明，羽毛具有很好的拉伸性能；并且經(jīng)過1000次的分開/修復(fù)實(shí)驗(yàn)，羽枝間的粘附力仍能達(dá)到初始值的80%以上。

    由此說明，這種結(jié)構(gòu)促成了鳥類羽毛的抗撕裂能力和超耐久性能，使得鳥類能夠在惡劣的環(huán)境中飛行。同時(shí)，這種級(jí)聯(lián)滑鎖結(jié)構(gòu)為新型柔性織物和電子器件的設(shè)計(jì)制備提供了新的思路。

    羽毛的多級(jí)結(jié)構(gòu)相關(guān)研究成果以“Repairable cascaded slide-lock system endows bird feathers with tear-resistance and superdurability”為題發(fā)表在PNAS （2018,DOI: 10.1073/pnas.1808293115）上。

    論文第一作者是張飛龍博士，通訊作者是王樹濤研究員。

    相關(guān)工作得到國家自然科學(xué)基金委、中組部國家“萬人計(jì)劃”青年拔尖人才項(xiàng)目、中科院重點(diǎn)資助項(xiàng)目等的大力支持。

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責(zé)任編輯：王元

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