4月6日記者從中國科學技術大學獲悉，該校俞書宏院士團隊**提出了非連續布利岡（Bouligand）結構的設想，并發展了一種程序化組裝納米纖維的方法，成功地創制出一種新型的輕質高強仿生非連續布利岡結構納米復合材料，實現了非連續纖維橋連和布利岡構造誘導裂紋偏轉的協同增韌。該成果為研制高性能結構材料提供了新的組裝方法。相關論文日前發表在國際期刊《物質》上。

布利岡結構由單向納米纖維片層螺旋堆疊構成，在骨、魚鱗、龍蝦殼等多種生物材料中廣泛存在，是一種典型的纖維增強結構，直接決定這些生物材料的**力學性能。然而，蘊藏在自然布利岡結構中的智慧仍未得到充分開發和運用，已實現的仿生布利岡結構與自然布利岡結構相比，無論在結構層級還是結構精度方面都相差甚遠。

研究人員基于所開發的有序組裝納米纖維基元的程序化裝置，以環境友好的硬硅鈣石納米纖維和海藻酸鈉為原料，通過螺旋組裝硬硅鈣石納米纖維于海藻酸鈉基體中，并結合溶膠—凝膠—薄膜轉變過程，成功制備了非連續布利岡結構納米復合材料。實驗表明，該材料展現了**的力學性能，優于許多如魚鱗片、層狀骨、蟹螯等天然布利岡結構材料以及仿生布利岡結構類似物和部分工程纖維復合材料。進一步通過斷口微結構分析與理論模擬發現，該材料表現出裂紋偏轉和纖維橋連增韌機制。

盤點那些大自然發明仿生材料

1、利用**生產的可降解材料

一家美國公司利用**將農業肥料轉化為殼素，殼素是**在消化過程中產生的一種硬纖維。使用這種纖維可以生產各種產品，從家具和電腦配件到更先進的復合材料。這是利用自然界的**將垃圾轉化為可降解材料的有益嘗試。



2、根據生物細胞形成組織制成新建筑材料

受到生物細胞形成組織的工作原理的啟發，奧地利建筑師設計了由PVC或熱塑性聚氨酯彈性體制成的充氣“細胞”。這些“細胞”實際上是可以形成人們想要的任何結構的組件。這些“細胞”是密封的、防火的，可以阻擋太陽輻射，每個“細胞”之間都有一個隔膜，因此即使一個“細胞”受損，其余的也可以繼續支撐整個結構。



3、類似海參皮膚的醫學材料

將電極植入大腦有助于治療神經系統疾病，但硬塑料植入物會大大降低治療效果。美國科學家通過對海參皮的研究找到了一種解決方法。根據周圍環境的變化，海參的表皮會從海綿般的柔軟狀態變成非常堅硬的狀態。科學家制造了一種纖維，這種纖維在無水時會變硬，但遇水時會變得非常柔軟。

4、根據自然分解過程制成廢水處理系統

蚯蚓和甲蟲能分解森林中的有機物，促使澳大利亞一家公司找到一種新的污水處理方法，即利用活的“腐殖質”。該污水生物處理系統完全不使用化學品，其污水處理效率是化糞池的10倍。

5、模仿病毒的自我組合能力

麻省理工學院的材料科學家利用“自組裝技術”，將無害病毒自組裝成電池和晶體管等納米級電子元件。其原理是在特殊蛋白質的控制下，病毒可以自動“端到端”，形成納米級的生物絲，可以用來制造電池電極和電線。采用病毒作為電極和導線后，電池體積變小，具有透明、柔軟、可折疊等優點。

6、模仿海洋生物

即使是“防水”繃帶遇到水也會部分失效。為了找到一種方法，使這種人工粘合貼片更好地貼在潮濕的表面，美國科學家仔細觀察了貽貝和其他海洋生物是如何使自己在水中固定不動的。貽貝產生稱為莢絲的細絲，這種細絲非常堅固，可以附著在石蠟、玻璃、骨頭和金屬表面。科學家們通過處理蛋白質來模仿貽貝的工作方式，這種方式產生的粘合劑可以在水下使用。

7、向植物學習

在很多人眼里，二氧化碳是一種溫室氣體，應該致力于減排，但對植物來說卻不是。二氧化碳是植物生長不可缺少的能源。北美一家綠色塑料制造公司也將二氧化碳視為能源。他們使用催化劑將乙醇生產產生的二氧化碳與石油化工原料結合起來生產塑料。

8、根據捕蠅草制成的新型聚合物表面

維納斯捕蠅草表面有一層細小的毛發。當它被異物接觸時，維納斯捕蠅草的葉子會由凹變凸，從而誘捕獵物。美國科學家模仿維納斯捕蠅草的工作原理，研制出一種新型聚合物表面。聚合物表面覆蓋有微透鏡，當被外界物體接觸時，微透鏡會由凸面變為凹面，從而使聚合物的吸附行為立即發生變化。

9、根據珊瑚結構設計出“綠色水泥”

傳統的水泥生產會釋放大量的二氧化碳，但北美一家公司開發的技術將徹底改變這種狀況。受珊瑚中鎂和鈣的超微結構的啟發，他們發現了一種生產“綠色水泥”的新方法。每噸“綠色水泥”***多可儲存一噸二氧化碳。
https://www.hongyantu.com/news/29128.html 20220414

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