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中科大:高性能大尺寸人工珍珠层仿生材料实现宏量制备
2017-08-25 科技日报

  中国科学技术大学俞书宏教授课题组和倪勇教授课题组在人工珍珠层材料仿生宏量制备方面取得重要进展,设计并成功发展了适用于高性能、大尺寸体型人工珍珠层材料的仿生宏量制备新策略。相关成果日前发表在《自然·通讯》上。

  天然珍珠层材料因其多级有序的层状微纳“砖—泥”结构,表现出卓越的高强度和高韧性。这一独特自然结构吸引了研究人员投入大量的精力模仿并设计制备相应的高性能人工结构材料。近年来所发展的包括冰模板法结合陶瓷烧结、磁场诱导组装、3D打印、原位矿化生长等技术,虽然在高性能三维体型人工珍珠层材料的仿生设计方面获得重大突破,然而其设备要求复杂、成本高、效率低等因素极大限制了材料的进一步宏量制备。因此,探索如何优质高效地制备更接近实用应用的大尺寸体型人工珍珠层材料具有重要的科学意义和应用价值。

  针对这一难题,俞书宏领导的团队提出了一种高效且通用的组装新策略,通过将溶液蒸发组装法构筑的仿珍珠层结构二维薄膜进一步叠合热压,成功实现了由微纳基元到高性能、大尺寸、三维体型仿珍珠层材料的快速宏量构筑。研究人员发现,基于该方法可以从分子尺度到宏观尺度的各个层面对材料结构进行优化,从而使所得材料能成功复制天然珍珠层材料的多级结构和增韧机理,并且其力学性能可与多种自然结构材料和工程材料相媲美。

  研究表明,这一多级组装新策略具有灵活性、高效性、普适性的特点,可以应用到其他多种材料体系中,并有望在今后进行其他三维体型人工珍珠层材料的仿生宏量制备方面获得广泛应用。

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