美有望找到高强度新型复合材料

    美国麻省理工学院士兵纳米技术研究所的研究人员正在研究一种叫珠母贝的软体动物，吸引他们的是珠母贝贝壳坚硬内层的结构及力学性质。在下一期的《材料研究杂志》上，学院材料科学与工程系教授奥迪兹将报告他们的研究成果。研究人员惊叹，珠母贝不愧为纳米技术专家。
    科学家观察到了珠母贝令人十分惊奇的纳米级复杂结构，这种结构有可能是构成材料刚性的要因素。珠母贝其实是由两种相对较弱的材料组成的，其中95%%是易碎的陶瓷碳酸钙，另外5%是一种柔韧性很好的生物高聚物。在珠母贝中，研究人员发现，这两种材料以“砖泥”结构形式结合在一起，数百万个尺寸在几千纳米的碳酸钙陶瓷盘，就像钱币一样相互堆叠在一起，而每一层陶瓷盘之间，有一层很薄的生物高聚物将它们粘合在一起。
    研究小组将注意力集中在这些碳酸钙陶瓷盘很小的纳米区域。他们使用原子力显微镜，将剪切的海蜗牛珠母贝小陶瓷盘成像后发现，每一个陶瓷盘都有自己复杂的纳米结构。他们用一个只有几百纳米的钻石探针尖刺进陶瓷盘表面，发现这种尺寸的陶瓷盘小片刚性和强度都特别出色，在巨大的外力作用下，小片也没有易碎裂纹的形成和传播现象。
    奥迪兹表示，虽然碳酸钙本身强度很弱而且易碎，但运用多种长度尺寸设计后，其强度能够得到极大提高。人们在了解和掌握这种材料的设计方法以及材料短长度尺寸的功能后，就可以学会构建高强度的仿生合成复合材料。如果我们使用比构造出珠母贝的原材料强度更高的材料，以其相同的设计，就有希望生产出强度更高的复合材料，用于装甲复合材料系统或机翼复合材料结构。
    虽然科学家曾研究过珠母贝的宏观和微观性质，但对其纳米级特性仍然了解甚少，而材料的纳米级结构和性质正是材料性能的基础所在。研究小组目前正在研究珠母贝中陶瓷盘与生物高聚物之间存在的黏合力，以及生物高聚物的单分子纳米力学性质，这一研究可能会为用于水下的高强度复合材料粘合剂研究指明方向。
    大自然使用了纳米级结构设计原理，构造出了高性能的力学材料。奥迪兹表示，随着纳米技术的深入研究，制造出人工珠母贝材料用于高性能装甲材料将不会是梦想。