大自然自有其非凡的魅力，在自然環(huán)境下，室溫條件下便可以形成具有高強(qiáng)度，良好韌性，質(zhì)量輕的結(jié)構(gòu)材料。而人工合成則需要在苛刻的高溫條件下才能實(shí)現(xiàn)的。近期，在如何制備出性能優(yōu)良的質(zhì)輕結(jié)構(gòu)材料方面取得了一些進(jìn)展。

    在自然界中，樹(shù)木、貝殼及其他結(jié)構(gòu)材料有著質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、韌性好等優(yōu)點(diǎn)。很顯而易見(jiàn)，這些材料是在自然環(huán)境室溫條件下形成的，并不似人工合成的結(jié)構(gòu)材料通常需要在高溫下方可加工成型。即便是結(jié)構(gòu)相似的材料也難以人工合成。在 Nature Materials的一篇綜述中，某一研究團(tuán)隊(duì)對(duì)一系列天然結(jié)構(gòu)材料的共同設(shè)計(jì)圖進(jìn)行了評(píng)估，并確定了怎樣才能設(shè)計(jì)和制造能夠模擬自然的結(jié)構(gòu)。他們認(rèn)為接下來(lái)的挑戰(zhàn)主要是對(duì)強(qiáng)度和韌性的綜合表征以確定其潛在的多尺度機(jī)制。

    先進(jìn)質(zhì)輕結(jié)構(gòu)材料廣泛用于交通運(yùn)輸、建筑、電池和能量轉(zhuǎn)換等各個(gè)領(lǐng)域。上述這一評(píng)估為其設(shè)計(jì)原理提供了新的靈感和理解。它將為先進(jìn)質(zhì)輕結(jié)構(gòu)材料提供更高效的合成方法。

    在自然界中，許多結(jié)構(gòu)材料（木材、貝殼、骨頭等）均是由簡(jiǎn)單成分組成的復(fù)合材料。它們通常是在環(huán)境溫度下組裝而成，具有優(yōu)異的性能。盡管組成材料本身具有較差的內(nèi)在特性，但是由于復(fù)雜分層結(jié)構(gòu)中硬相和軟相重排，從而使得復(fù)合材料表現(xiàn)出優(yōu)異的外在特性，其尺寸從納米尺寸跨越到宏觀尺寸。

    綜述作者確定了在仿生材料領(lǐng)域的兩項(xiàng)基本挑戰(zhàn)：（1）在更廣泛的材料組合中尋找如何充分利用大自然設(shè)計(jì)圖案的方法；（2）尋找制造強(qiáng)度高、韌性好材料的實(shí)際方法，如先進(jìn)的增材制造技術(shù)（3D打印）和鑄造技術(shù)。

    原文鏈接：phys.org/news/2016-06-exceeding-nature-ability-strong-tough.html