亞馬遜河中的食人魚牙齒鋒利、性情兇猛，卻奈何不了體型巨大的巨骨舌魚，因為后者有一身“龍鱗甲”。近期，中國科學技術大學俞書宏教授團隊深入研究了這種“超強魚鱗”，首次提出并運用“納米螺旋刷涂法”仿生研制出一種“輕且堅韌”的防護材料。國際學術期刊《國家科學評論》日前發表了該成果。

    當前社會對高性能防護材料的需求不斷提高，但現有材料各有局限性，金屬“太重”、陶瓷“太脆”、纖維復合材料“太軟”。

    前不久，美國加州大學伯克利分校羅伯特·里奇研究組揭示了巨骨舌魚能抵御食人魚可怕攻擊的關鍵機制：魚鱗特殊的螺旋膠合板微納結構，能吸收外界能量并抵抗裂紋的擴張。

    “超強魚鱗”是一種理想的防護材料，但由于缺乏靈活高效組裝微納單元的技術，人工仿制挑戰重重。

    近期，俞書宏教授仿生研究團隊在深入研究“超強魚鱗”基礎上，提出一種創新方法：以羥基磷灰石微納米纖維為基元，結合高分子海藻酸鈉，定向刷涂與螺旋層積相結合，高效組裝仿生復合材料。

    “羥基磷灰石是動物骨骼的主要成分，我們借助毛刷和納米纖維的微作用力，像刷墻一樣‘定向刷涂、有序排列’，再一層一層按照交錯角‘螺旋堆積’起來。”研究團隊成員、博士后高懷嶺說。

    力學實驗表明，這種新材料性能優異：輕如塑料，卻比人體中最堅硬的牙釉質還硬。常規材料受力形成的裂紋較直，這種材料的裂紋會偏轉、分支，更“吸能”從而更堅韌。研究團隊通過計算機建模，進一步探明了其性能的科學機理。

    據了解，這種新材料可制作防護衣、頭盔，也可以作為人工骨骼替代病變的骨組織。

    該研究受到國際學界關注。著名化學家、德國康斯坦茨大學教授赫爾默特·科芬認為，這項工作“高度鼓舞人心”，縮小了微納設計與工程制造之間的差距，開啟了研制增強型仿生材料的新思路。

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責任編輯：王元

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