來自貝殼的珍珠層具有無與倫比的強度和韌性。這得益于珍珠層所含的少量高分子與陶瓷材料相得益彰，使珍珠層更強韌。在珍珠層中，高分子與陶瓷材料構(gòu)成“磚瓦加水泥”的微觀結(jié)構(gòu)，陶瓷組成的“磚瓦”在生物高分子組成的“水泥”的粘合作用下，形成高度規(guī)整的三維骨架。此前，人工合成的“珍珠”材料不能進行大范圍的滑移變形，其韌性較差，呈現(xiàn)出難以克服的脆性。即使采用層壓、回火的加工工藝，也只能提高人工合成珍珠層材料的抗沖擊性能，卻對其固有的脆性束手無策。
近日，加拿大麥吉爾大學(xué) F. Barthelat副教授團隊（通訊作者）從珍珠層的結(jié)構(gòu)入手，制備了具備抗沖擊性能的透明仿生材料。作者仿造珍珠層的結(jié)構(gòu)，用乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（一種透明的熱塑彈體）作為六方晶系硼硅酸鹽玻璃層間的粘合劑，由此構(gòu)筑的結(jié)構(gòu)能允許玻璃片層之間發(fā)生較大程度的相對滑移。
該工作制備的人工合成珍珠層材料具有與珍珠層中高度相似的片層滑移機制。這一變形機制在天然珍珠層中普遍存在，卻是首次在人工合成體系中出現(xiàn)。在非線性變形機制下，人工合成珍珠具有較高的韌性，并允許較大程度的變形。
與層壓玻璃和回火玻璃相比，人工合成珍珠層材料不僅保持了陶瓷組分的高強度、高硬度，其抗沖擊性能也已經(jīng)達到層壓玻璃和回火玻璃的2-3倍。
這一突破性進展以“Impact-resistantnacre-like transparent materials”為標題于2019年6月28日發(fā)表在國際頂刊Science上。
圖一 珍珠層材料的三維結(jié)構(gòu)及光學(xué)特性
圖二 珍珠層材料的針刺測試
圖三 珍珠層材料的微CT掃描
圖四 珍珠層材料的抗沖擊性能測試
Impact-resistant nacre-like transparent materials (Science,2019, DOI: 10.1126/science.aaw8988)
文獻鏈接：
https://science.sciencemag.org/content/364/6447/1260
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