科技日报记者 吴长锋
记者12日从中国科学技术大学获悉，中国科学院院士、该校化学与材料科学学院教授俞书宏团队研发了一种结构功能一体化设计的仿珍珠母复合材料。该复合材料不仅具备独特的颜色可调性和优异的透波性能，还实现了轻量化、高强度、高韧性以及出色的抗冲击性能。研究成果日前发表在《先进材料》上。
现代工业对防护结构材料的设计提出了多维性能要求，即在实现轻量化的同时，必须兼顾优异的力学性能，并且，需要具备针对不同的应用场景的特殊功能。自然界中的生物铠甲通过相应的设计策略，既可以保持防御所需的机械强度，又能实现与周围环境色度匹配的伪装效果。其中，珍珠母凭借其精密的多级微观结构，展现出远超其组成成分的断裂韧性，为人工材料设计提供了重要的仿生启示。然而，如何在工程材料领域中有效应用这种自然界结构设计，特别是在具有优异力学性能的前提下实现功能集成，仍是亟待突破的瓶颈。
研究团队提出了一种双氧化物界面设计策略，通过自蒸发组装与高温烧结的方式制备出了新型仿珍珠母氧化铝陶瓷基复合材料。该设计策略通过构建氧化铝微米片之间的矿物桥结构，显著提升了机械强度和韧性，同时利用固相反应调控组装微米片界面化学成分实现了可控着色。研究结果表明，这种仿生复合材料的断裂韧性是商用氧化铝陶瓷的3倍以上，其吸收的冲击能量达到商用氧化铝陶瓷的4倍以上。此外，研究团队基于珍珠母结构的启发，提出了一种电磁波传输设计理念，其高效透波性能来源于层状陶瓷框架与低介电常数聚合物形成的微米级透波通道、无定形二氧化硅矿物桥，以及单晶氧化铝微米片的光轴垂直取向。因此，该结构设计实现了力学性能与透波性能的协同增强。
研究人员表示，这项研究在仿生结构材料的机械鲁棒性、色彩伪装功能和透波功能的多性能集成方面取得了重要进展。这种双重效益的设计策略为机械性能和功能特性的整合提供了一个设计理念平台，为研发兼具隐身与防护性能的仿生层状结构材料提供指导。
（中国科学技术大学供图）
