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中国科大仿鱼鳞制备人造盔甲研究取得重要进展

2018年10月12日 20:56 来源:中国新闻网 参与互动 
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  中新社合肥10月12日电 (记者 吴兰)记者12日从中国科学技术大学获悉,中国科大仿盾皮鱼鱼鳞制备人造盔甲研究取得重要进展——组装成一种宏观三维体型复合材料,可有效降低受到外来刺激的“杀伤力”。

  随着高技术领域对高性能防护材料需求的不断提高,现有防护材料的局限性正逐渐显现,例如金属密度大、陶瓷脆性以及纤维复合材料硬度低等。

  最近,加州大学伯克利分校Robert Ritchie教授研究组揭示了“巨骨舌鱼”(亚马逊流域一种淡水鱼)能够抵御“水虎鱼(食人鱼)”可怕攻击的机制,发现“巨骨舌鱼”鱼鳞中具有一种特殊微纳结构,正是这种独特的结构成不被咬伤的关键。

  然而,当前尚缺乏可以在宏观尺度对一维微纳米纤维单元进行灵活高效的组装排列技术,制备类自然盾皮鱼鳞结构的宏观仿生防护材料仍然是一个挑战。

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  近日,中国科学技术大学教授俞书宏领导的仿生研究团队,在深入理解盾皮鱼鳞微纳结构和强韧化机制的基础上,首次提出单向/多向刷涂与螺旋层积相结合的高效仿生组装策略,实现了宏观尺度上灵活操纵一维微纳米纤维的空间排布。

  研究人员以具有生物相容性的羟基磷灰石微纳米纤维为组装基元等高效仿生组装策略,成功制备出具有类自然盾皮鱼鳞螺旋胶合板结构的宏观三维体型复合材料。通过拉伸和弯曲加载测试等手段,研究团队证实了仿生螺旋结构材料的强韧化机制和自然盾皮鱼鳞高度类似。

  力学实验结果表明,制备的这种复合材料,其弯曲强度、断裂韧性等优于许多自然生物材料、合成珍珠母等人工仿生合成材料和氧化铝基陶瓷等现有工程材料。

  据介绍,这一仿生设计制备策略能够扩展至其他微纳米材料体系中,同时具有可程控、可扩大化和低能耗等优势,将为设计制备更多基于微纳米纤维的先进仿生复合材料提供了一种可行的制造方法。

  德国康斯坦茨大学Helmut C?lfen教授认为,该项研究一定程度上缩小了微纳仿生设计与未来工程制造之间的差距,开辟了设计更多面向实际应用的微纳米纤维增强型先进仿生材料的途径。(完)

【编辑:姜雨薇】
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