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超强陶瓷模仿海贝壳坚韧的珍珠层

了解一种受贝壳启发而研发的坚固轻质陶瓷如何彻底改变航空航天工程中的材料。

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研究人员创造了一种受贝壳成分启发而制成的坚固、轻质陶瓷,并表示他们的新材料有朝一日可能会取代航空航天工程中使用的铝合金。贝壳似乎是一种脆弱的东西,但许多贝壳内部的虹彩珍珠母涂层却具有令人惊讶的韧性。

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天然珍珠母,也称为珠母贝,具有砖和砂浆的结构:由碳酸钙矿物制成的“砖块”层由几丁质等生物聚合物“砂浆”的薄膜粘合在一起 [化学与工程新闻]。

多年来,研究人员一直试图模仿这种砖和砂浆的结构,但是

尽管许多研究人员做出了最大的努力,但复制天然层压材料已被证明是困难的,[首席研究员]罗伯特·里奇说......。这些最大的努力只产生了非常薄的薄膜,而不是具有实际应用的大块样品 [新科学家]。

现在,研究人员提出了一种巧妙的方法来大量生产合成材料,并表示该材料既坚固又抗断裂。在《科学》杂志 [需要订阅] 上,研究人员解释说,他们首先通过将氧化铝板(“砖块”)冷冻在冰中来组织它们,采用的是一种称为“冰模板”的方法。

首先将氧化铝板悬浮在水中,然后小心地冷冻,以生产出陶瓷“冷冻铸件”,其中的板以规则的结构排列 [化学世界]。

然后,研究人员对该组件进行冷冻干燥,使水冰升华(在低压和升高的温度下,冰直接从固体变为气体),并在板之间的空间中插入一种胶状聚合物。该聚合物用作缓冲“砂浆”,并防止材料像家用陶瓷一样易碎。 该

聚合物允许砖状层在受压时相互滑动,从而使材料具有抗断裂性 [技术评论]。

研究人员信手拈来地列举了该物质的一些潜在应用:它可以用于汽车框架、坚固且绝缘的建筑材料或防弹背心。

里奇还确信,这些复合材料的制造成本会很低,因为这些组件...都非常容易获得。 然而,他指出,这种材料可能还需要一段时间才能找到实际应用,因为新材料必须经过严格的测试程序 [化学世界]。

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研究人员还需要调整他们的设计,因为目前的聚合物在高温下会失效;他们现在正在尝试使用更耐热的金属填料。 相关内容:《发现》杂志:物理学家创造了一个储存电力的完美场所,使用超绝缘陶瓷;80beats:研究人员希望用纳米技术“巴基纸”构建一个新世界;80beats:科学家们制造了一种模仿壁虎脚的超强纳米技术胶水图片来源:《科学》

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