兼具隱身和防護功能的仿生材料在中國科學技術大學問世

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大學獲悉，該校俞書宏院士團隊制備出了一種結構功能一體化設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。相關研究成果發(fā)表于《先進材料》。

現(xiàn)代工業(yè)對防護結構材料的設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，并針對不同應用場景需要具有特殊功能。例如，通信設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的設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構展現(xiàn)出遠超組成成分的斷裂韌性，為人工材料設計提供了重要的仿生啟示。然而，如何將這種自然界結構設計有效應用于工程材料體系，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計策略，通過自蒸發(fā)組裝與高溫燒結的方式制備出了新型仿珍珠母氧化鋁陶瓷基復合材料。該設計策略通過構建氧化鋁微米片之間的礦物橋結構，顯著提升了機械強度和韌性，同時利用固相反應調(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構的啟發(fā)，提出了一種電磁波傳輸設計理念，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，該結構設計實現(xiàn)了力學性能與透波性能的協(xié)同增強。