高性能大尺寸人工珍珠層仿生材料實現宏量制備

中國科學技術大學俞書宏教授課題組和倪勇教授課題組在人工珍珠層材料仿生宏量制備方面取得重要進展，設計並成功發展了適用於高性能、大尺寸體型人工珍珠層材料的仿生宏量制備新策略。相關成果日前發表在《自然·通訊》上。

天然珍珠層材料因其多級有序的層狀微納“磚—泥”結構，表現出卓越的高強度和高韌性。這一獨特自然結構吸引了研究人員投入大量的精力模仿並設計制備相應的高性能人工結構材料。近年來所發展的包括冰模板法結合陶瓷燒結、磁場誘導組裝、3D打印、原位礦化生長等技術，雖然在高性能三維體型人工珍珠層材料的仿生設計方面獲得重大突破，然而其設備要求復雜、成本高、效率低等因素極大限制了材料的進一步宏量制備。因此，探索如何優質高效地制備更接近實用應用的大尺寸體型人工珍珠層材料具有重要的科學意義和應用價值。

針對這一難題，俞書宏領導的團隊提出了一種高效且通用的組裝新策略，通過將溶液蒸發組裝法構筑的仿珍珠層結構二維薄膜進一步疊合熱壓，成功實現了由微納基元到高性能、大尺寸、三維體型仿珍珠層材料的快速宏量構筑。研究人員發現，基於該方法可以從分子尺度到宏觀尺度的各個層面對材料結構進行優化，從而使所得材料能成功復制天然珍珠層材料的多級結構和增韌機理，並且其力學性能可與多種自然結構材料和工程材料相媲美。

研究表明，這一多級組裝新策略具有靈活性、高效性、普適性的特點，可以應用到其他多種材料體系中，並有望在今后進行其他三維體型人工珍珠層材料的仿生宏量制備方面獲得廣泛應用。（記者 吳長鋒）