大自然最坚硬物质的奥秘被破解，超强材料呼之欲出_风闻
Science_北京-不惧过往，不畏将来！2019-10-25 11:37
编译／雷鑫宇 审稿／三水 责编／张梦
研究人员用实时观测技术，破解了珍珠层的坚硬之谜。
高度畸变和复原后的贻贝。
珍珠层是一种主要分布在贻贝等软体动物壳内的“类彩虹”层状物质，它被认为是自然界中最坚硬的材料之一。
据美国“优睿科网站”10月23日报道，美国密歇根大学领导的研究团队用实时观测技术，精确地揭示了它的坚硬之谜。相关研究成果刊登于《自然通讯》杂志。
珍珠层又被称为珍珠母，其坚硬、坚韧的特性一直是一个谜。如果人类能够仿造出类似材料，可对结构科学、外科植入物等方面的应用产生深远影响。
密歇根大学材料科学与工程助理教授Robert Hovden说：“虽然人类可以在极端高温、高压条件下制造出非常坚固的材料，但我们却不能复制软体动物在自然条件下完成的‘纳米工程’。如果能将两种方式结合起来，就有可能诞生新一代超强材料。我们的论文朝着这个方向迈出了一步。”
经过长期研究，研究人员已经知道了珍珠层的基本秘密——它是由霰石等矿物（微型砖）和有机材料（灰浆）混合而成的“砖瓦结构”。
在密歇根大学材料特性研究中心，研究人员使用微电压头对耳廓扇贝施加了压力，并在电子显微镜下进行了实时观测。
他们发现，微型砖实际上是仅几百纳米大小的多面体薄片。通常情况下，薄片是分离的，以分层方式排列，其间有一层很薄的“有机灰浆”起到缓冲作用。当有外力作用时，有机灰浆会被挤压到一侧，薄片会“锁扣”在一起，形成完整的固体表面。外力移除时，薄片回弹复原。
珍珠层的这种韧性与人造先进材料有很大区别。例如，塑料虽然也可以在受到冲击后复原，但每次冲击都会让它失去部分强度。珍珠层在反复冲击作用下，不会损失弹性，其屈服强度高达80%。更重要的是，如果珍珠层出现了裂缝，它可以限制裂缝不扩散，进而保持结构的完整性。
Hovden说：“虽然软体动物并不是很聪明的生物，但它们却能在微观尺度上构造出如此复杂的结构。这令人难以置信。”
Hovden认为，人类可以借鉴贻贝的方案来制造纳米复合材料，从而显著提高材料性能。他说：“通过上百万年的进化过程，大自然为人类提供了这些高度优化的结构。我们可能永远无法用计算机模拟出这类材料，我们只能擦亮双眼，去仔细发现它们。”
期刊来源：《自然通讯》
期刊编号：2041-1723
原文链接：
https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-10/uom-ctm102319.php
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