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中國科大俞書宏院士團(tuán)隊(duì)開發(fā)一種創(chuàng)新材料：有序排列的可變形微球通過乳液法形成。這種材料由氧化鋁陶瓷片與金屬鎳層交替排列構(gòu)成，在微觀層面，鎳顆粒滲透到陶瓷內(nèi)部以增強(qiáng)韌性，同時(shí)界面結(jié)合緊密。該復(fù)合材料兼具高強(qiáng)度與高韌性，且生產(chǎn)過程簡便，可實(shí)現(xiàn)定制化生產(chǎn)。研究發(fā)表于《國家科學(xué)評(píng)論》。
科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，珍珠母結(jié)構(gòu)由無數(shù)碳酸鈣薄片（類似磚塊）與少量蛋白質(zhì)（類似水泥）層層堆疊而成，這種結(jié)構(gòu)在受力時(shí)能有效分散能量?？蒲腥藛T據(jù)此設(shè)計(jì)，通過仿制珍珠母結(jié)構(gòu)，制成更輕更堅(jiān)固的復(fù)合材料，可應(yīng)用于防彈衣和航天材料。然而，大規(guī)模生產(chǎn)的精確控制仍是技術(shù)難題。
俞書宏團(tuán)隊(duì)突破傳統(tǒng)制備方法，采用乳液法：首先制備可調(diào)尺寸的氧化鋁微球，經(jīng)過篩分后得到一致粒徑的微球，并在其表面均勻包裹鎳鹽層。通過模具組裝和熱壓燒結(jié)，微球被壓扁成片狀陶瓷，同時(shí)形成分隔結(jié)構(gòu)。這種工藝精準(zhǔn)復(fù)刻了天然珍珠母的微觀結(jié)構(gòu)。
結(jié)構(gòu)表征顯示，材料在多個(gè)尺度上進(jìn)行了優(yōu)化。宏觀上，氧化鋁陶瓷片與金屬鎳層交替排列；微觀上，鎳顆粒滲透到陶瓷內(nèi)部，增強(qiáng)韌性，同時(shí)界面結(jié)合緊密。這種跨尺度協(xié)同效應(yīng)使材料在高溫和低溫下均表現(xiàn)出優(yōu)異的強(qiáng)度和韌性。實(shí)驗(yàn)表明，材料在受力破壞時(shí)，裂紋沿陶瓷-金屬界面偏轉(zhuǎn)，通過能量耗散避免瞬間失效，具有在極端環(huán)境下應(yīng)用的潛力。
這項(xiàng)研究在人工合成珍珠母基礎(chǔ)上，將仿生設(shè)計(jì)理念拓展至陶瓷-金屬復(fù)合材料，結(jié)合快速塑形技術(shù)，為仿生結(jié)構(gòu)材料從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嵱没於酥匾A(chǔ)。（記者汪喬）
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