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科學家研制“人造珍珠”可按需微調剛度、強度和韌性

                                                                           2018-12-28

 


  珍珠質(nacre)是珍珠外層的硬質彩虹色塗層,但在某些軟體動物的內部也有发現。 作為大自然中最堅硬、穩定的材料之一,瑞士科學家已經開发出了打造人工珍珠質的工藝,而且能夠針對不同的應用進行“微調”。 天然珍珠層的微觀結構,非常類似于磚牆。它由堆積的磚狀碳酸鈣板組成。這些“磚”通過生物聚合物“砂漿”連接到一起、中間還有由礦物質組成的微小互聯“橋梁”。

 

  合成珍珠層的顯微結構(圖自:ETH Zurich)

  由André R. Studart 教授带領的一支瑞士蘇黎世聯邦理工學院研究團隊,正在研发可量產的人造珍珠, 並根據實際用戶進行微調。

  研究人員從商用的氧化鋁板開始,讓其扮演碳酸鈣的角色。然後將長度几十微米的原料,懸浮在經受磁場旋轉的懸浮液中,讓所有細長的板塊在同一個方向上對齊,就像牆壁中的磚塊那樣。

  接著加入環氧樹脂和氧化鈦顆粒,將整個混合物置于高壓之下,同時加熱至約1000℃(1832℉)。 硬化後的樹脂,會扮演磚塊間的砂漿角色,而二氧化鈦會在800℃(1472℉)時熔化形成橋梁。

  與此同時,氧化鋁板本身並沒有達到熔點,所以不會发生熔化。一旦材料冷卻,就形成了一種非常類似于珍珠的產品。ETH Zurich 指出,該材料集剛度、強度、韌性與一體,創造了一個新的世界紀錄。

  值得一提的是,通過改變材料制作時的壓力和溫度,還可以微調這三種特性。 該技術最終有望被運用到建築、航空/航天器設計等領域。

  有關這項研究的詳情,已經发表在近日出版的《美國國家科學院院刊》( PNAS )上。 原標題為:

  《Quantifying the role of mineral bridges on the fracture resistance of nacre-like composites》

  《量化礦物橋梁對珍珠質類复合材料抗裂性的作用》

  [編譯自: New Atlas , 來源: ETH Zurich ]

  【來源:cnBeta.COM】

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