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中安在線、中安新聞客戶端訊（記者汪喬）3月10日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書宏院士團(tuán)隊在《國家科學(xué)評論》2025年第三期發(fā)表研究論文，提出了一種創(chuàng)新性策略，基于可變形微球有序組裝，制備高性能仿珍珠母陶瓷-金屬復(fù)合材料。這種材料在保持高強(qiáng)度的同時，展現(xiàn)出優(yōu)異的斷裂韌性，且可通過簡單工藝實現(xiàn)大規(guī)模、多形狀定制生產(chǎn)，為實用化應(yīng)用開辟了新途徑。

在自然界中，貝殼的堅硬外殼猶如鎧甲般保護(hù)著內(nèi)部柔軟的生物結(jié)構(gòu)?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，珍珠母結(jié)構(gòu)是實現(xiàn)這一防護(hù)效果的關(guān)鍵。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)在受到外力作用時，不僅保持了高強(qiáng)度，還能夠高效消耗能量，即便材料本身強(qiáng)度有限，也能產(chǎn)生"1+1>2"的防護(hù)效果。這一發(fā)現(xiàn)啟發(fā)了科研人員，他們模仿珍珠母結(jié)構(gòu)，成功制備出更輕便、更具強(qiáng)度的復(fù)合材料，這一成果有望應(yīng)用于防彈衣和航天材料等領(lǐng)域。

傳統(tǒng)方法是將"磚泥"分步制備，但俞書宏團(tuán)隊突破了這一傳統(tǒng)思路。他們采用"一步乳液法"，首先制備可調(diào)尺寸的氧化鋁微球，經(jīng)過篩分處理后得到粒徑一致的微球，并在其表面均勻包裹鎳鹽層。隨后通過模具組裝和熱壓燒結(jié)工藝，在此過程中修飾后的復(fù)合微球被壓扁成片狀陶瓷，同時金屬鎳層形成分隔結(jié)構(gòu)，精準(zhǔn)復(fù)刻了天然珍珠母的微觀"磚泥"結(jié)構(gòu)。

通過結(jié)構(gòu)表征可以看出，該材料在多個尺度上進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計。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，鎳顆粒深入陶瓷片內(nèi)部，增強(qiáng)材料的韌性，同時確保兩相界面緊密結(jié)合。這種跨尺度協(xié)同效應(yīng)使優(yōu)化后的復(fù)合材料在高溫和低溫環(huán)境下均表現(xiàn)出優(yōu)異的抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性。實驗結(jié)果表明，所制備的仿珍珠母復(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)，通過能量耗散機(jī)制有效避免了瞬間失效，這使其在航天器熱防護(hù)、高速沖擊防護(hù)涂層等領(lǐng)域具有極大應(yīng)用潛力。

這項研究不僅是在人工合成珍珠母結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步拓展，還結(jié)合了快速塑形制備技術(shù)，標(biāo)志著仿生結(jié)構(gòu)材料從實驗室走向?qū)嵱没年P(guān)鍵一步。（記者汪喬）

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