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深海蜗牛的壳能启发下一代防弹衣吗?

了解鳞足软体动物独特的壳设计如何启发新一代防弹衣和军用装甲。

作者:Smriti Rao
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科学家们表示,新一代防弹衣和军用装甲可能受到一种深海蜗牛的启发。麻省理工学院的材料科学家 Christine Ortiz 领导的一个团队研究了“鳞足”软体动物富含铁的壳,这种三层结构的壳是自然界中最坚固的外骨骼之一。研究人员认为,模仿其微观结构可能有助于开发士兵、坦克和直升机的装甲。他们的研究本周发表在《美国国家科学院院刊》上。科学家们在 2003 年首次注意到这种蜗牛,当时他们发现在印度洋海底一个相对严酷的环境中存在这种蜗牛。它生活在靠近喷发热水的深海热泉附近——因此,它会暴露于温度波动和高酸度。它还面临螃蟹和其他蜗牛物种等捕食者的袭击。但与其他蜗牛物种不同的是,这种蜗牛之所以能生存下来,是因为它厚实的壳以及其三层结构各自不同的特性。

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蜗牛壳的外层由硫化物组成。鳞足蜗牛是已知唯一使用硫化物作为其结构一部分的动物物种。中间层是有机的,比另外两层厚得多。研究人员将其比作其他蜗牛壳上可见的称为壳表被的薄蛋白涂层。内层由文石组成,文石是软体动物壳和珊瑚中发现的钙矿物质 [《加拿大广播公司》]。

壳的设计似乎能够防御螃蟹的攻击,螃蟹会用爪子抓住蜗牛并挤压它们,有时甚至持续数天,试图将其壳压碎。研究人员使用一种名为压痕仪的设备,用金刚石尖端对壳施加力。他们发现外壳

的设计能够以吸收能量的方式破裂。裂缝只沿着硫化物颗粒呈扇形扩散。这种“微裂纹”不仅吸收能量,还能确保不会形成更大的裂缝。此外,硫化物颗粒还可以钝化和变形入侵的爪子 [《印度时报》]。

同时,厚实的内层似乎能够吸收来自压痕仪或螃蟹爪的机械能,并可能散发热量。Ortiz 表示,用能够通过产生微裂纹来消散冲击能量的铁基纳米颗粒涂覆装甲,在合成系统中“在很大程度上尚未被探索”,并且特别有前景。她说,头盔、摩托车甚至受到冰山冲击的北极石油管道都可以从这项研究中受益。Ortiz 和她的团队目前正在研究一系列天然外骨骼,以研究保护性设计原理,包括多板贝、海胆、甲虫和装甲鱼。相关内容:80beats:变色合成蛋白石可能带来全彩电子纸 80beats:超强陶瓷模仿贝壳坚韧的珍珠母涂层

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图片:Anders Warén 博士,瑞典自然历史博物馆,斯德哥尔摩,瑞典

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