我国科学家研发出“龙虾壳”新型仿生材料

记者6日从中国科学技术大学获悉，该校俞书宏院士团队首次提出了非连续Bligand结构的思想，并发展了纳米纤维程序组装的方法，成功创造了一种新型轻质高强仿生非连续Bligand结构纳米复合材料，实现了非连续纤维桥联和Bligand结构诱导裂纹偏转的协同增韧。这一成果为开发高性能结构材料提供了一种新的组装方法。相关论文近日发表在国际期刊《物质》上。

Bligand是一种典型的纤维增强结构，由单向纳米纤维片螺旋堆积而成，广泛存在于骨骼、鱼鳞、龙虾壳等各种生物材料中。它直接决定了这些生物材料优异的力学性能。然而，自然结构中蕴含的智慧并没有得到充分的开发和应用。实现的仿生脚架结构与自然脚架结构相比，在结构层次和结构精度上相差甚远。

基于有序组装纳米纤维元件的程序化装置，研究人员以环境友好的硬硅钙石纳米纤维和海藻酸钠为原料，通过在海藻酸钠基体中螺旋组装硬硅钙石纳米纤维，结合溶胶-凝胶-薄膜转化过程，成功制备了不连续的棒状结构纳米复合材料。实验表明，该材料具有优异的力学性能，优于许多天然骨结构材料，如鱼鳞、层状骨、蟹爪、仿生骨结构类似物和一些工程纤维复合材料。通过进一步的断口微观结构分析和理论模拟，发现该材料表现出裂纹偏转和纤维桥联增韧机制。

这种仿生纳米复合材料具有广阔的应用前景，可用作高损伤容限的骨修复材料等。对今后开发新型纳米纤维复合材料和提高传统纤维增强复合材料的性能具有重要的指导意义。