显微镜揭示了自然界中最坚硬材料的新细节,它由无数微小的层组成,就像一堵城墙。为什么头发、胡须和指甲每天都在生长,而大多数由动物制成的“复合材料”都不如珍珠母那么坚固?现在,当科学家们用显微镜将珍珠母贝无限放大,呈现出惊人的细节时,他们终于知道它为何如此坚固。
珍珠母来自贻贝和珍珠贝,你会在珍珠的外层或某些软体动物的壳内找到它,但科学家们并没有真正了解这种珠光物质的作用,这具有极高的抗应力和应变能力。放大数万倍的照片揭示了前所未有的细节。珍珠贝母由无数微小的层次组成,犹如坚固的城墙,既独立又完整。
当施加压力时,珍珠母砖状的表面锁在一起,分散应力,当力从表面移除时,它们会再次松弛成单独的砖块。尽管贻贝和珍珠贝不是最聪明的生物,但它们是制造如此坚韧复合材料的生物,有些人可能认为这项研究意义不大,但科学家们认为,它可以让我们从自然界中最好的材料中汲取灵感,开发出超强材料。
来自密歇根大学的材料科学家罗伯特·霍夫登表示,这种生物正在制造碳酸钙的单个分子,并将它们排列成纳米片,与有机材料结合在一起,直到形成壳结构,然后将珍珠母与其他几种材料结合在一起被合并。从微观角度看,珍珠母贝就像一堵由人类建造的砖墙。
新研究表明,当对珍珠母贝施加超大压力时,这些微小的层会被挤压在一起,并在压力释放时迅速恢复。即使在达到其屈服强度的80%时,珍珠母贝也不会失去任何抵抗力,其弹性水平也不会下降。令人惊讶的是,如果珍珠母贝表面出现裂纹,这种微小的层状结构能够自动隔离裂纹,而不会影响表面的其余部分。
研究人员认为,虽然珍珠母贝不是自然界中最坚硬的材料,因为硬度标度只有2.5,很容易被其他坚硬的金属划伤,但它可能是自然界中最坚硬的材料,当然这取决于你想如何衡量它所谓的“弹性”。现在,科学家们希望利用这一新发现来开发更坚固的人造材料,这些材料不再由计算机模拟,而是受到数百万年来生物自然进化的启发。该研究已发表于《自然通讯》。
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