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3月10日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書宏院士團隊在《國家科學(xué)評論》2025年第三期上發(fā)表論文，提出了一種基于可變形微球有序組裝的創(chuàng)新策略，用于制備高性能仿珍珠母陶瓷-金屬復(fù)合材料。這種新方法兼具高抗彎強度和高斷裂韌性，且可通過簡易工藝實現(xiàn)大規(guī)模、多形狀定制化生產(chǎn)，為實用化應(yīng)用提供了新途徑。

在自然界中，珍珠母結(jié)構(gòu)的形成體現(xiàn)了生物進化智慧?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，這種天然材料由無數(shù)碳酸鈣薄片（類似"磚塊"）與少量蛋白質(zhì)（類似"水泥"）通過層層堆砌形成。這種層次分明的結(jié)構(gòu)使珍珠母在受力時，既能保持高強度，又能最大限度地耗散能量?；谶@一發(fā)現(xiàn)，科研人員成功模仿珍珠母結(jié)構(gòu)，制備出更輕且更堅固的復(fù)合材料，這些材料有望應(yīng)用于防彈衣和航天領(lǐng)域。但要實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)并精確控制形狀，目前仍面臨技術(shù)難題。

俞書宏團隊突破了傳統(tǒng)"磚泥"分步制備思路，采用"一步乳液法"：首先制備可調(diào)尺寸的氧化鋁微球，經(jīng)過篩分后獲得粒徑一致的微球，并在其表面包裹鎳鹽層；隨后通過模具組裝和熱壓燒結(jié)，使修飾后的復(fù)合微球壓扁成片狀陶瓷，同時金屬鎳層形成分隔結(jié)構(gòu)，精準復(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，該材料在多個尺度上得到了優(yōu)化。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)部增強了韌性，同時兩相界面結(jié)合緊密。這種跨尺度協(xié)同效應(yīng)使優(yōu)化后的復(fù)合材料在高低溫環(huán)境下均展現(xiàn)出較高的抗彎強度和斷裂韌性。實驗發(fā)現(xiàn)，仿珍珠母復(fù)合材料在受力發(fā)生破壞時，裂紋沿陶瓷-金屬界面發(fā)生偏轉(zhuǎn)，通過能量耗散避免瞬間失效，這一特性使其在航天器熱防護、高速沖擊防護涂層等領(lǐng)域具有巨大應(yīng)用潛力。

這項研究是繼該團隊實現(xiàn)人工合成珍珠母工作的基礎(chǔ)上，進一步拓展仿珍珠母結(jié)構(gòu)設(shè)計理念至陶瓷-金屬復(fù)合材料體系，并與快速塑形制備技術(shù)相結(jié)合。這為助力仿生結(jié)構(gòu)材料從實驗室走向?qū)嵱没~出了關(guān)鍵一步。（記者汪喬）

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