中科大科學家仿盾皮魚魚鱗製備出超級「人造盔甲」

2021-01-19 安徽日報

記者10月12日從中國科大獲悉，該校俞書宏教授團隊在深入理解盾皮魚鱗微納結構和強韌化機制的基礎上，首次提出單向/多向刷塗與螺旋層積相結合的高效仿生組裝策略，實現了宏觀尺度上靈活操縱一維微納米纖維的空間排布，可以製備出超強的人造鎧甲。該成果發表於2018年第五期《國家科學評論》上。

    

盾皮魚是一種已絕滅的魚類，其最為出眾的地方在於它頭部的骨甲，堅硬如同盔甲。中國科大研究人員以具有生物相容性的羥基磷灰石微納米纖維為組裝基元，結合天然高分子海藻酸鈉，發展了一種單向/多向刷塗與螺旋層積相結合的高效仿生組裝策略，成功製備出具有類自然盾皮魚鱗螺旋膠合板結構的宏觀三維體型複合材料。


    盾皮魚（資料圖）


通過拉伸和彎曲加載測試、材料多尺度結構和微裂紋電鏡觀察以及有限元模擬等手段，研究團隊證實了仿生螺旋結構材料的強韌化機制和自然盾皮魚鱗高度類似，材料在承載時所產生的微裂紋平行於微纖維長軸方向進行延伸擴展，並且在不同取向的纖維層間呈現逐漸扭轉延伸的趨勢，最終形成螺旋狀的裂紋形態。這種由仿生螺旋結構所帶來的複雜裂紋擴展形態與常規纖維增強材料的類平面裂紋延伸形成了鮮明的對比，由於在單位主裂紋長度上具有更大的破壞界面面積，因此具有更大的能量吸收亦即更為優異的損傷抵抗能力。

    

力學實驗結果表明，由羥基磷灰石微納米纖維和海藻酸鈉所構築的仿生螺旋結構複合材料，其彎曲強度、彎曲模量、斷裂韌性優於許多自然生物材料、人工仿生合成材料和現有工程材料。所提出的仿生設計製備策略能夠擴展至其他微納米材料體系中，同時具有可程控、可擴大化和低能耗等優勢，為設計製備更多基於微納米纖維的先進仿生複合材料提供了一種可行的製造方法。


文：桂運安

編輯：馬珺


相關焦點

  • 【中國科技網】我科學家仿盾皮魚魚鱗製備出超級「人造盔甲」
    然而，當前尚缺乏可以在宏觀尺度對一維微納米纖維單元進行靈活高效的組裝排列技術，製備類自然盾皮魚鱗結構的宏觀仿生防護材料仍然是一個挑戰。研究人員以具有生物相容性的羥基磷灰石微納米纖維為組裝基元，發展了一種單向/多向刷塗與螺旋層積相結合的高效仿生組裝策略，成功製備出具有類自然盾皮魚鱗螺旋膠合板結構的宏觀三維體型複合材料。
  • 中科大科學家研製出有望替代塑料的仿生新材料
    原標題：中科大科學家研製出有望替代塑料的仿生新材料新華社合肥11月14日電（記者徐海濤）塑料製品給現代生活帶來便利，也造成環境汙染。近期，中國科學技術大學俞書宏院士團隊運用仿生結構設計理念，發展出一種被稱為「定向變形組裝」的新材料製造方法，將纖維素納米纖維和二氧化鈦包覆的雲母片複合，製備出具有仿生結構的高性能可持續結構材料。
  • 中國科大成功製備出仿蜘蛛絲的導電材料
    中新網合肥9月6日電 (記者吳蘭)中國科學技術大學6日消息：該校科研人員近日成功製備出仿蜘蛛絲結構的導電材料——一種高性能、低成本的導電水凝膠纖維。其成果發表在國際學術期刊《自然·通訊》上。　　據介紹，彈性可拉伸導電纖維是製備可拉伸電子器件的關鍵材料。
  • 科學家設計納米「人造分子」簡易製備方法
    本報訊（記者黃辛）復旦大學高分子科學系、聚合物分子工程國家重點實驗室教授聶志鴻團隊成功設計納米「人造分子」簡易製備方法，相關研究成果近日發表於《科學》。分子是參與生命與物質世界演化的最基本單元，由原子按照特定方式結合而成。
  • 製備納米「人造分子」
    近期，復旦大學相關課題組宣布，在納米「人造分子」製備領域取得重大研究突破：掌握了一種實現納米粒子之間定向結合——形成「人造分子」的新技術。分子是參與生命與物質世界演化的最基本單元，由原子按照特定方式結合而成。
  • 目前常用的人造石材分為四種類型,仿天然大理石和仿天然花崗石多
    目前常用的人造石材分為四種類型，仿天然大理石和仿天然花崗石多 2019-01-22 13:34　　來源：　　字體：大小　　列印
  • 來自太空的「鑽石」，教你如何鑑別人造鑽石
    材料學家利用懸浮無容器技術製備了一系列新型高折射玻璃，這種玻璃的折射率最高可以與鑽石一樣，鑽石之所以看上去五彩斑斕、晶瑩似火，還呈現燦爛的金剛光澤，就是因為具有非常高的折射率。然後按照鑽石的切割打磨工藝，進行拋光打磨，就能得到和鑽石一樣璀璨奪目的「人造鑽石」啦（圖6）。如果對仿鑽玻璃摻雜不同的稀土元素，還可以得到不同顏色的漂亮高仿鑽石。
  • 中科大發布瀚海20超級計算系統:讓科研「鯤鵬展翅」
    筆者近日在華為全聯接2020大會（以下簡稱HC）期間注意到，國內以高新技術和前沿科學研究為主的一流大學——中國科學技術大學（以下簡稱「中科大」），聯合華為打造的「瀚海20超級計算系統」成功發布。「瀚海20超級計算系統」在HC期間的發布儀式「瀚海」建成：性能更強、更節能中科大計算機科學與技術學院教授、博士生導師、網絡信息中心主任、超級計算中心主任李京在HC分享「瀚海20超級計算系統」建設經驗眾所周知，中科大在量子信息、化學與材料、物理、微尺度物質科學、核科學等學科領域，位居國內科研前沿，此類學科對於計算量需求巨大
  • 南工大製備大面積堅韌人造皮膚
    8月20日，從南京工業大學傳出消息，該校材料化學工程國家重點實驗室陳蘇教授與南京醫科大學金陵臨床醫學院王革非教授合作探索出一種新策略，利用微流控氣噴紡絲法製備大面積高強度的人造皮膚，在腹壁缺損修復中顯示出巨大的潛力。　　迄今為止，大多數研究成果集中於小面積創麵皮膚的修復。在大面積燒傷以及腹腔開放後腹腔內臟器裸露保護方面的研究甚少。
  • 在納米「人造分子」製備領域取得重大突破
    那麼，能否模仿從原子到分子的鍵合過程，創造出由無機納米粒子定向鍵合而成的「人造分子」，並利用其呈現出的各種獨特物理性質，為傳感、催化、超材料和光電器件等領域開闢更廣闊的應用前景呢？這個想法雖好，然而，傳統的製備方式難以支持大規模生產，納米「人造分子」仍無法走近人們的日常生活。
  • 天津大學團隊在仿病毒製備多肽靶向藥物載體方面取得新進展
    天津大學團隊在仿病毒製備多肽靶向藥物載體方面取得新進展 2018-責任編輯：房家梁 　　中新網天津10月10日電　（記者　張道正 通訊員 劉曉豔）記者10日從天津大學獲悉，該校化工學院齊崴教授團隊近日在仿病毒製備肽基靶向藥物載體方面取得新進展
  • 製備納米「人造分子」
    人造衛星、人工智慧、人造太陽……對自然存在物的人工模仿與超越，為人類的生活提供了極大的便利。分子是參與生命與物質世界演化的最基本單元，由原子按照特定方式結合而成。那麼，能否模仿從原子到分子的鍵合過程，創造出由無機納米粒子定向鍵合而成的「人造分子」，並利用其呈現出的各種獨特物理性質，為傳感、催化、超材料和光電器件等領域開闢更廣闊的應用前景呢？
  • ...國科學家仿貝殼研製出「超強韌」綠色材料;古生物學家發現滄龍...
    原創 北京科協 北京科協科技前沿我國科學家仿貝殼研製出「超強韌」綠色材料近日，中國科學技術大學俞書宏院士團隊受天然貝殼啟發研製出一種新型薄膜材料，在強度、韌性、透光性等方面表現出遠超傳統塑料的力學與光學性能，埋進土壤中約兩個月即可無汙染降解，有望成為柔性電子器件等領域的理想材料。
  • 我國科學家製備出高比能柔性固態鋰離子電容器製備技術
    此外，這些特殊工藝還無法與當前商業化電池/超級電容器的生產過程相兼容，較難實現規模化製備。>近日，中國科學院電工研究所研究員馬衍偉研究團隊在高性能柔性儲能器件製備技術研究中取得進展，通過從材料到器件的協同創新設計，開發出高比能柔性固態鋰離子電容器的規模化製備技術
  • 中新社:天津大學團隊在仿病毒製備多肽靶向藥物載體方面取得新進展
    本站訊（記者 張道正 通訊員 劉曉豔）記者10日從天津大學獲悉，該校化工學院齊崴教授團隊近日在仿病毒製備肽基靶向藥物載體方面取得新進展。利用天然病毒的靶向特性，通過肽序列設計，採用多肽自組裝策略，仿造病毒結構與功能，製備出非致病、可穿膜、並能定向遞送基因藥物的仿病毒納米顆粒，有望作為「特洛伊木馬」實現「以毒攻毒」。
  • 來自太空的「鑽石」,教你如何鑑別人造鑽石
    材料學家利用懸浮無容器技術製備了一系列新型高折射玻璃，這種玻璃的折射率最高可以與鑽石一樣，鑽石之所以看上去五彩斑斕、晶瑩似火，還呈現燦爛的金剛光澤，就是因為具有非常高的折射率。然後按照鑽石的切割打磨工藝，進行拋光打磨，就能得到和鑽石一樣璀璨奪目的「人造鑽石」啦（圖6）。如果對仿鑽玻璃摻雜不同的稀土元素，還可以得到不同顏色的漂亮高仿鑽石。
  • 中國科大成功製備仿蜘蛛絲結構的高性能導電水凝膠纖維
    受蜘蛛絲的有序結構和紡絲方法的啟發，中國科學技術大學馬明明課題組通過凝膠紡絲的方法，實現了調控導電水凝膠中高分子鏈的排列和取向、製備出高性能導電水凝膠纖維的目標：在室溫下由聚丙烯酸鈉（PAAS）溶液直接紡絲得到水凝膠纖維，通過塗覆聚丙烯酸甲酯（PMA）防水層，形成具有核-殼結構的PMA-PAAS水凝膠纖維（MAPAH纖維）。
  • No25:月亮、超級月亮與人造月亮
    月亮、超級月亮、人造月亮： 9301 IGZ』GMOI 9495-930：（母語為漢語）：咱們的地球有了第二個月亮 ！《W世界通用語》：011-9300-67-9302 ！；月亮位於近地點時正好滿月，稱為超級滿月。
  • 科學家開發出超強韌人造蜘蛛絲 用細菌、水凝膠纖維製成
    科學家開發出超強韌人造蜘蛛絲 用細菌、水凝膠纖維製成  Evelyn Zhang • 2019-12-27 10:16:59　來源：前瞻網
  • 利用微流控氣噴紡絲法大規模製備人造皮膚
    大面積皮膚損傷修複目前是世界性難題，針對這一難題，南京工業大學化工學院、材料化學工程國家重點實驗室陳蘇教授，與南京醫科大學金陵臨床醫學院、東部戰區總醫院王革非教授合作，探索出一種新策略，利用微流控氣噴紡絲法製備大面積高強度的人造皮膚，在腹壁缺損修復中顯示出巨大的潛力。它也避免了臨床應用中的免疫排斥和二次手術的風險。