仿珍珠母新材料可“隱身”能防護(hù)

原標(biāo)題：仿珍珠母新材料可“隱身”能防護(hù)

記者6月9日從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，中國科學(xué)院院士、該校化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院教授俞書宏團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一種結(jié)構(gòu)功能一體化設(shè)計(jì)的仿珍珠母復(fù)合材料。該復(fù)合材料不僅具備獨(dú)特的顏色可調(diào)性和優(yōu)異的透波性能，還實(shí)現(xiàn)了輕量化、高強(qiáng)度、高韌性以及出色的抗沖擊性能。相關(guān)研究論文日前發(fā)表于《先進(jìn)材料》。

現(xiàn)代工業(yè)對防護(hù)結(jié)構(gòu)材料的設(shè)計(jì)提出了多維性能要求：在實(shí)現(xiàn)輕量化的同時(shí)，需兼顧優(yōu)異的力學(xué)性能，且要具備針對不同應(yīng)用場景的特殊功能。而自然界中的生物“鎧甲”既可以保持防御所需的機(jī)械強(qiáng)度，又能實(shí)現(xiàn)與周圍環(huán)境色度匹配的偽裝效果。以珍珠母為例，它是珍珠貝或某些貝類的內(nèi)殼層，其憑借精密的多級微觀結(jié)構(gòu)，展現(xiàn)出遠(yuǎn)超其組成成分的斷裂韌性，為人工材料設(shè)計(jì)提供了重要仿生學(xué)啟示。然而，如何在工程材料領(lǐng)域中實(shí)現(xiàn)這類自然結(jié)構(gòu)的仿生應(yīng)用，特別是如何在保證優(yōu)異力學(xué)性能的前提下實(shí)現(xiàn)功能集成，長期以來是一個(gè)難題。

研究團(tuán)隊(duì)提出了一種雙氧化物界面設(shè)計(jì)策略，通過自蒸發(fā)組裝與高溫?zé)Y(jié)的方式制備出新型仿珍珠母氧化鋁陶瓷基復(fù)合材料。該設(shè)計(jì)策略通過構(gòu)建氧化鋁微米片之間的礦物橋結(jié)構(gòu)，顯著提升了機(jī)械強(qiáng)度和韌性，同時(shí)利用固相反應(yīng)調(diào)控組裝微米片界面化學(xué)成分，實(shí)現(xiàn)了可控著色。

研究結(jié)果表明，這種仿生復(fù)合材料的斷裂韌性是商用氧化鋁陶瓷的3倍以上，其吸收的沖擊能量達(dá)到商用氧化鋁陶瓷的4倍以上。此外，研究團(tuán)隊(duì)基于珍珠母結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，提出了一種電磁波傳輸設(shè)計(jì)理念。該設(shè)計(jì)展現(xiàn)出的高效透波性能來源于三重結(jié)構(gòu)協(xié)同作用：層狀陶瓷框架與低介電常數(shù)聚合物形成的微米級透波通道、無定形二氧化硅礦物橋、單晶氧化鋁微米片的光軸垂直取向。該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了力學(xué)性能與透波性能的協(xié)同增強(qiáng)。

研究人員介紹，這項(xiàng)研究在仿生結(jié)構(gòu)材料的機(jī)械魯棒性、色彩偽裝功能和透波功能的多性能集成方面取得了重要進(jìn)展。這種設(shè)計(jì)策略整合了機(jī)械性能和功能特性，為研發(fā)兼具“隱身”與防護(hù)性能的仿生層狀結(jié)構(gòu)材料提供了新路徑。（記者吳長鋒）