仿生角度研究鯨鬚,研發輕質高強韌的先進複合材料

2021-01-15 國際仿生工程學會

2018年11月,中國科學院深圳先進技術研究院醫藥所人體組織與器官退行性研究中心在海洋生物材料及仿生研究方面取得新發現和重要進展,為仿生高性能複合材料研發提供新的設計與製備思路,該研究成果以「源自海洋的設計理念:鯨鬚的抗斷裂性」為題發表在材料領域權威期刊《先進材料》,論文第一作者以及共同通訊作者為深圳先進院天然生物與仿生材料課題組負責人王彬副研究員。


探索天然生物材料其結構-功能機理而設計製備仿生材料已成為新材料領域的研究前沿。作為地球上生命起源之地,海洋佔據了地表71%的面積,蘊藏著豐饒的然而絕大部分還未被開發研究的生物資源。


一方面,海洋資源的探索與開發取決於先進材料的研發與突破;

另一方面,該研究創新性提出天然海洋生物其為適應海洋環境而進化形成的結構材料可為研發海洋設備用材料提供極有價值的指導信息,即「取之於海,用之於海」,為開發海洋環境先進複合材料提供新的研發思路。


鮮為人知的鯨鬚即是在材料設計與仿生方面的典範。鯨鬚是鬚鯨口腔中的角蛋白結構,由一系列平行排列懸掛的須板組成,上百年承受來自循環水流及捕食物的作用力為鬚鯨提供可靠、高效的過濾攝食功能而不發生斷裂失效,使得鬚鯨成為世界上體積最大的哺乳動物。


天然鯨鬚具有優異的強韌性,從11到20世紀一直是西方國家用來製作女士緊身塔的材料,也是阿拉斯加本地特色編籃藝術品的原材料。目前對於鯨鬚的研究很少,是在於對其描述性的生物學和初步的生物力學方面。


考慮當前輕質高強韌的先進複合材料已成為應用於海洋環境的材料需求,而其中斷裂韌性是高性能船艇、潛器及海洋能源設備等結構材料的重要考慮因素,該研究首次從仿生材料角度研究鯨鬚,其新發現與研究成果有效啟發並推進海洋環境用先進複合材料的設計與研發。


本項目受到了國家自然科學基金,深圳孔雀團隊計劃以及美國空軍部大學聯合研究計劃的支持。


論文DOI:10.1002/adma.201804574

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