兼具隱身和防護功能的仿生材料在中國科學技術(shù)大學問世

中國教育報-中國教育新聞網(wǎng)訊（記者 方夢宇）記者近日從中國科學技術(shù)大學獲悉，該校俞書宏院士團隊制備出了一種結(jié)構(gòu)功能一體化設(shè)計的仿珍珠母復合材料。該復合材料不僅具備獨特的顏色可調(diào)性和優(yōu)異的透波性能，同時實現(xiàn)了輕量化、高強度、高韌性以及出色的抗沖擊性能。該研究為研發(fā)兼具隱身與防護性能的仿生材料提供新思路。相關(guān)研究成果發(fā)表于《先進材料》。

現(xiàn)代工業(yè)對防護結(jié)構(gòu)材料的設(shè)計提出了多維度的性能要求。在實現(xiàn)輕量化的同時，必須兼顧優(yōu)異的力學性能，并針對不同應(yīng)用場景需要具有特殊功能。例如，通信設(shè)備的外部防護殼體需兼具出色的機械性能與優(yōu)異的透波性能。

自然界中的生物鎧甲通過相應(yīng)的設(shè)計策略既保持防御所需的機械強度，又能實現(xiàn)與周圍環(huán)境色度匹配的偽裝效果。其中，珍珠母憑借其精密的多級微觀結(jié)構(gòu)展現(xiàn)出遠超組成成分的斷裂韌性，為人工材料設(shè)計提供了重要的仿生啟示。然而，如何將這種自然界結(jié)構(gòu)設(shè)計有效應(yīng)用于工程材料體系，特別是在具有優(yōu)異力學性能的前提下實現(xiàn)功能集成，仍然是亟待突破的一個瓶頸。

研究團隊提出了一種雙氧化物界面設(shè)計策略，通過自蒸發(fā)組裝與高溫燒結(jié)的方式制備出了新型仿珍珠母氧化鋁陶瓷基復合材料。該設(shè)計策略通過構(gòu)建氧化鋁微米片之間的礦物橋結(jié)構(gòu)，顯著提升了機械強度和韌性，同時利用固相反應(yīng)調(diào)控組裝微米片界面化學成分實現(xiàn)了可控著色。研究結(jié)果表明，這種仿生復合材料的斷裂韌性是商用氧化鋁陶瓷的3倍以上；其吸收的沖擊能量達到商用氧化鋁陶瓷的4倍以上。

研究團隊基于珍珠母結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，提出了一種電磁波傳輸設(shè)計理念，其高效透波性能來源于層狀陶瓷框架與低介電常數(shù)聚合物形成的微米級透波通道、無定形二氧化硅礦物橋以及單晶氧化鋁微米片的光軸垂直取向。因此，該結(jié)構(gòu)設(shè)計實現(xiàn)了力學性能與透波性能的協(xié)同增強。