科学家研制“人造珍珠”可按需微调刚度、强度和韧性

　　珍珠质（nacre）是珍珠外层的硬质彩虹色涂层，但在某些软体动物的内部也有发现。作为大自然中最坚硬、稳定的材料之一，瑞士科学家已经开发出了打造人工珍珠质的工艺，而且能够针对不同的应用进行“微调”。天然珍珠层的微观结构，非常类似于砖墙。它由堆积的砖状碳酸钙板组成。这些“砖”通过生物聚合物“砂浆”连接到一起、中间还有由矿物质组成的微小互联“桥梁”。

　　合成珍珠层的显微结构（图自：ETH Zurich）

　　由 André R. Studart 教授带领的一支瑞士苏黎世联邦理工学院研究团队，正在研发可量产的人造珍珠，并根据实际用户进行微调。

　　研究人员从商用的氧化铝板开始，让其扮演碳酸钙的角色。然后将长度几十微米的原料，悬浮在经受磁场旋转的悬浮液中，让所有细长的板块在同一个方向上对齐，就像墙壁中的砖块那样。

　　接着加入环氧树脂和氧化钛颗粒，将整个混合物置于高压之下，同时加热至约 1000℃（1832℉）。硬化后的树脂，会扮演砖块间的砂浆角色，而二氧化钛会在 800℃（1472℉）时熔化形成桥梁。

　　与此同时，氧化铝板本身并没有达到熔点，所以不会发生熔化。一旦材料冷却，就形成了一种非常类似于珍珠的产品。ETH Zurich 指出，该材料集刚度、强度、韧性与一体，创造了一个新的世界纪录。

　　值得一提的是，通过改变材料制作时的压力和温度，还可以微调这三种特性。该技术最终有望被运用到建筑、航空/航天器设计等领域。

　　有关这项研究的详情，已经发表在近日出版的《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。原标题为：

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

　　《量化矿物桥梁对珍珠质类复合材料抗裂性的作用》