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中安在線、中安新聞客戶端報(bào)道，3月10日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書宏院士團(tuán)隊(duì)提出了一種創(chuàng)新的材料合成策略。該團(tuán)隊(duì)通過基于可變形微球的有序組裝方法，成功制備出一種高性能的仿珍珠母陶瓷-金屬復(fù)合材料。這種材料具有優(yōu)異的高抗彎強(qiáng)度和高斷裂韌性，且可通過簡(jiǎn)便工藝實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、多形狀的定制化生產(chǎn)。這一研究為仿珍珠母結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的實(shí)用化應(yīng)用開辟了新的技術(shù)路徑，并已發(fā)表在《國家科學(xué)評(píng)論》2025年第三期上。

研究發(fā)現(xiàn)，珍珠母結(jié)構(gòu)由無數(shù)碳酸鈣薄片（類似于磚塊）與少量蛋白質(zhì)（類似于水泥）通過層層堆砌形成。這種層次結(jié)構(gòu)使得珍珠母材料在承受外力時(shí)，既能保持高強(qiáng)度，又能有效地消耗能量，從而實(shí)現(xiàn)1+1>2的防護(hù)效果。基于這一原理，科研人員模仿珍珠母結(jié)構(gòu)制備出了一種更輕且更堅(jiān)固的復(fù)合材料，這一成果有望應(yīng)用于防彈衣和航天材料等高要求領(lǐng)域。然而，實(shí)現(xiàn)這種材料的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)并實(shí)現(xiàn)精確的形狀控制，目前仍面臨技術(shù)瓶頸。

為突破傳統(tǒng)制備思路，俞書宏團(tuán)隊(duì)采用了"一步乳液法"。具體工藝包括：首先制備尺寸可調(diào)的氧化鋁微球，經(jīng)過篩分處理后獲得粒徑一致的微球，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，使修飾后的復(fù)合微球壓扁成片狀陶瓷，同時(shí)金屬鎳層形成分隔結(jié)構(gòu)，從而精確復(fù)刻了天然珍珠母的微觀"磚泥"結(jié)構(gòu)。

結(jié)構(gòu)表征結(jié)果表明，該材料在宏觀和微觀層面均實(shí)現(xiàn)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，形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)布局。在微觀層面，鎳顆粒深入陶瓷片內(nèi)部，增強(qiáng)了材料的韌性，同時(shí)兩相界面的結(jié)合緊密，進(jìn)一步提升了材料的性能。這種跨尺度的協(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)，當(dāng)材料受到破壞時(shí)，裂紋沿陶瓷-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，這種特性使其在航天器熱防護(hù)涂層、高速?zèng)_擊防護(hù)涂層等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

這項(xiàng)研究是繼該團(tuán)隊(duì)成功實(shí)現(xiàn)人工合成珍珠母工作之后，進(jìn)一步拓展了仿珍珠母結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念到陶瓷-金屬復(fù)合材料體系，并與快速塑形制備技術(shù)相結(jié)合。這一成果為仿生結(jié)構(gòu)材料從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嵱没~出了關(guān)鍵一步。（記者汪喬）

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