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模仿珍珠母强度和韧性的新材料

2020-09-03 02:22:25 知识就是力量 2020年9期

朱崇恺

鹦鹉螺壳内的虹彩珍珠质

夏季,许多人喜欢沿着海滩散步寻找贝壳。其中最有价值的是那些内部包含虹彩珍珠母(也称为珍珠质)的珍珠。但是,许多人都不知道,闪闪发光的珍珠质是自然界中集坚固及弹性于一身的材料之一。

一些软体动物(例如鲍鱼和珍珠贝)的外壳内衬着珍珠母。这种材料由被称为文石的微观矿物“砖层”交替地堆叠在软性有机化合物层上组成。科学家们试图复制这种结构以制造用于工程或医学应用的材料,但是到目前为止,人造珍珠质还不如天然珍珠质坚固。费尔南德斯(Javier Fernandez)及其同事注意到,以前的人造珍珠母使用的是扁平的礦物砖,而天然材料的波浪砖则以错综复杂的人字形图案互锁。他们想看看复制这种结构是否会创造出更强、更坚韧的珍珠母模仿材料。

团队在壳聚糖膜上将矿物文石片制成了所需的波浪砖形状,然后用丝素蛋白填充波浪形表面之间的空间,最后再将150个这样的互锁层堆叠到一起,就形成了厚度约一美分硬币(1.55毫米)的复合材料。该材料的强度几乎是以前的珍珠母模拟物的两倍,而韧性则是以前的四倍,接近于天然珍珠母的强度和韧性。研究还发现,人造珍珠质同样具有生物相容性,这表明该材料可以适用于医疗用途。