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創(chuàng)新陶瓷-金屬?gòu)?fù)合材料仿珍珠母結(jié)構(gòu)，基于珍珠母的啟發(fā)，中國(guó)科大科學(xué)家成功研發(fā)出高強(qiáng)韌陶瓷-金屬?gòu)?fù)合材料

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中安在線、中安新聞客戶端訊（記者汪喬）3月10日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書宏院士團(tuán)隊(duì)在《國(guó)家科學(xué)評(píng)論》2025年第三期發(fā)表的研究成果顯示，他們提出了一種新型陶瓷-金屬?gòu)?fù)合材料制備方法。該材料結(jié)合了高抗彎強(qiáng)度與高斷裂韌性，且可通過簡(jiǎn)單工藝實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、多形狀定制生產(chǎn)。這一突破性進(jìn)展為仿珍珠母結(jié)構(gòu)在實(shí)際應(yīng)用中的推廣提供了新思路。

自然界中的珍珠母結(jié)構(gòu)天然具備高強(qiáng)度與高韌性，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)其微觀結(jié)構(gòu)由碳酸鈣薄片（類似"磚塊"）與少量蛋白質(zhì)（類似"水泥"）通過層層堆疊形成。這種層次結(jié)構(gòu)使得珍珠母在受力時(shí)，既能承受高強(qiáng)度，又能有效耗散能量?；谶@一原理，科研人員模仿珍珠母結(jié)構(gòu)制備出了一種更輕而堅(jiān)固的復(fù)合材料，這種材料有望應(yīng)用于防彈衣、航天材料等領(lǐng)域。

為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，俞書宏團(tuán)隊(duì)摒棄了傳統(tǒng)"磚泥"分步制備的思路，創(chuàng)新性地采用"一步乳液法"。這一方法首先制備可調(diào)節(jié)尺寸的氧化鋁微球，經(jīng)過篩分后得到粒徑一致的微球，并在其表面均勻覆蓋鎳鹽層。隨后通過模具組裝和熱壓燒結(jié)工藝，氧化鋁微球被壓扁成片狀陶瓷，而金屬鎳層則形成分隔結(jié)構(gòu)，從而精準(zhǔn)復(fù)刻了天然珍珠母的微觀"磚泥"結(jié)構(gòu)。

結(jié)構(gòu)表征顯示，該材料在多個(gè)尺度上進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。在宏觀層面，氧化鋁陶瓷片與金屬鎳層交替排列；在微觀層面，鎳顆粒滲入陶瓷片內(nèi)部以增強(qiáng)韌性，同時(shí)確保了兩相界面的緊密結(jié)合。這種跨尺度協(xié)同效應(yīng)使優(yōu)化后的復(fù)合材料在高溫低溫環(huán)境下均展現(xiàn)出優(yōu)異的抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性。

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該仿珍珠母復(fù)合材料在受力發(fā)生破壞時(shí)，裂紋會(huì)沿陶瓷-金屬界面發(fā)生偏轉(zhuǎn)，通過能量耗散機(jī)制避免了瞬間失效，這一特性使其在航天器熱防護(hù)、高速?zèng)_擊涂層等極端環(huán)境下具有廣闊的實(shí)用前景。這一研究是繼人工合成珍珠母結(jié)構(gòu)后的又一重要進(jìn)展，為仿生結(jié)構(gòu)材料從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嶋H應(yīng)用邁出了關(guān)鍵一步。