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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)俞書宏院士團隊提出了一種創(chuàng)新的材料合成策略，成功制備出一種高性能的陶瓷-金屬復(fù)合材料。這一材料結(jié)合了天然珍珠母的微觀結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)異的抗彎強度和斷裂韌性。研究人員認為，這種材料可以通過簡單的制造工藝實現(xiàn)大規(guī)模、定制化生產(chǎn)，從而推動仿珍珠母結(jié)構(gòu)在實際應(yīng)用中的推廣。相關(guān)研究成果發(fā)表在2025年《國家科學(xué)評論》的第三期。

貝殼類軟體動物的外殼呈現(xiàn)出堅硬的保護層，這種結(jié)構(gòu)為人類提供了重要的靈感?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，珍珠母結(jié)構(gòu)由無數(shù)碳酸鈣薄片（類似建筑用的磚塊）和少量蛋白質(zhì)（類似于水泥）通過層層堆砌形成。這種結(jié)構(gòu)使得珍珠母在承受外力時，不僅保持了高強度，還能夠有效分散能量，從而在材料強度不高的情況下提供出1+1>2的防護效果?；谶@一發(fā)現(xiàn)，科研人員成功模仿珍珠母結(jié)構(gòu)制備出一種更輕且堅固的復(fù)合材料，這種材料有望被應(yīng)用于防彈衣和航天領(lǐng)域。然而，大規(guī)模生產(chǎn)這種材料并精確控制其形狀仍面臨技術(shù)挑戰(zhàn)。

俞書宏團隊突破了傳統(tǒng)的"磚泥"分步制備方法，采用了一種"一步乳液法"。該方法首先制備可調(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。接著通過模具組裝和熱壓燒結(jié)工藝，將修飾后的微球壓扁成片狀陶瓷，同時形成分隔結(jié)構(gòu)的金屬鎳層。這種工藝精準地還原了天然珍珠母的微觀結(jié)構(gòu)。

結(jié)構(gòu)表征顯示，該材料在宏觀和微觀層面均實現(xiàn)了優(yōu)化。宏觀上，氧化鋁陶瓷片與金屬鎳層交替排列；微觀上，鎳顆粒深入陶瓷片內(nèi)部以增強韌性，同時兩相界面結(jié)合緊密。這種跨尺度的協(xié)同效應(yīng)使得材料在高溫和低溫環(huán)境下均表現(xiàn)出優(yōu)異的抗彎強度和斷裂韌性。實驗發(fā)現(xiàn)，當(dāng)材料受到破壞時，裂紋會沿著陶瓷-金屬界面發(fā)生偏轉(zhuǎn)，通過能量耗散機制避免瞬間失效。這一特性使其在航天器熱防護和高速沖擊防護涂層等領(lǐng)域具有廣闊的前景。

這項研究是繼該團隊成功人工合成珍珠母結(jié)構(gòu)后的又一重要成果。通過將仿珍珠母結(jié)構(gòu)設(shè)計理念擴展至陶瓷-金屬復(fù)合材料體系，并結(jié)合快速塑形制備技術(shù)，該研究為將仿生結(jié)構(gòu)材料從實驗室走向?qū)嶋H應(yīng)用邁出了關(guān)鍵一步。（記者汪喬）

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