中國金宝搏入口188研制可調控顏色的高性能透波仿生結構材料
現代工業對防護(hu)結構(gou)材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)設計提(ti)出了(le)多維度的(de)(de)(de)(de)(de)(de)性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)要(yao)求。在實現輕量(liang)化(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)同(tong)時，必須(xu)兼顧優(you)(you)異的(de)(de)(de)(de)(de)(de)力(li)學(xue)性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)，并針對不同(tong)應(ying)(ying)用場(chang)景需(xu)(xu)要(yao)具(ju)有特殊功(gong)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)。例如，通(tong)信設備的(de)(de)(de)(de)(de)(de)外部防護(hu)殼(ke)體(ti)需(xu)(xu)兼具(ju)出色(se)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)機械性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)與(yu)優(you)(you)異的(de)(de)(de)(de)(de)(de)透波性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)；軍事裝(zhuang)備的(de)(de)(de)(de)(de)(de)防護(hu)體(ti)系則要(yao)求在保(bao)障力(li)學(xue)性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)基礎上實現光學(xue)偽裝(zhuang)功(gong)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)。自然(ran)界(jie)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)生物鎧甲通(tong)過相應(ying)(ying)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)設計策略既保(bao)持防御所需(xu)(xu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)機械強度，又(you)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)實現與(yu)周圍環(huan)境色(se)度匹配(pei)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)偽裝(zhuang)效果(guo)。其中(zhong)，珍(zhen)珠母憑借其精密的(de)(de)(de)(de)(de)(de)多級微(wei)觀(guan)結構(gou)展現出遠超(chao)組成成分的(de)(de)(de)(de)(de)(de)斷裂韌(ren)性(xing)，為(wei)人工材(cai)料(liao)設計提(ti)供了(le)重要(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)仿生啟示。然(ran)而，如何將這種自然(ran)界(jie)結構(gou)設計有效應(ying)(ying)用于工程材(cai)料(liao)體(ti)系，特別是(shi)在具(ju)有優(you)(you)異力(li)學(xue)性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)前提(ti)下實現功(gong)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)集成，仍然(ran)是(shi)亟待解決的(de)(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)個瓶頸。
近日，188bet足球俞書宏院士團隊在《先進材料》（Advanced Materials）上刊發了以“Mechanical robust nacre-mimetic composites with designable cryptic coloration andelectromagneticwave-transparent performance”為題(ti)的(de)研(yan)究成(cheng)果，報道了(le)一種結構功(gong)能(neng)一體化(hua)設計的(de)仿(fang)珍珠母復合材料。該復合材料不僅具備(bei)獨(du)特的(de)顏色可(ke)調性和優異的(de)透波性能(neng)，同(tong)時實(shi)現了(le)輕量化(hua)、高(gao)強度、高(gao)韌性以及出色的(de)抗沖擊(ji)性能(neng)。188bet足球博(bo)(bo)士研(yan)究生龐俊、南方科技大學博(bo)(bo)士后張振(zhen)邦和我校博(bo)(bo)士后王澤宇為論文共(gong)同(tong)第一作者。俞書宏院士與高(gao)懷嶺特任教授為通訊作者。
圖(tu)1.仿珍珠(zhu)母(mu)復合(he)材料的雙氧化物設計(ji)策略示意(yi)圖(tu)。
研究團隊提出了一種雙氧化物界面設計策略，通過自蒸發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（圖1）。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（圖2a和b），同時利用固相反應調控組裝微米片界面化學成分實現了可控著色（圖2c）。研究結果表明，這種仿生復合材料的斷裂韌性（~12.2 MPa m1/2）是商用氧(yang)化鋁陶瓷(ci)的3倍多以(yi)上（圖2d）；其吸(xi)收的沖擊能量達到商用氧(yang)化鋁陶瓷(ci)的4倍以(yi)上（圖2e）。
圖2.仿(fang)(fang)珍(zhen)(zhen)珠母(mu)(mu)復合材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)多(duo)尺度結構(gou)、力學性能及透(tou)波性能。（a）仿(fang)(fang)珍(zhen)(zhen)珠母(mu)(mu)復合材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)“磚-泥”結構(gou)；（b）仿(fang)(fang)珍(zhen)(zhen)珠母(mu)(mu)復合材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)礦物橋結構(gou)；（c）氧化鋁(lv)微米(mi)片上的(de)(de)納米(mi)級顯色(se)鈷鋁(lv)尖晶石結構(gou)；（d）仿(fang)(fang)珍(zhen)(zhen)珠母(mu)(mu)復合材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)斷(duan)裂韌性；（e）仿(fang)(fang)珍(zhen)(zhen)珠母(mu)(mu)復合材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)抗沖擊性能；（f）仿(fang)(fang)珍(zhen)(zhen)珠母(mu)(mu)復合材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)力學強度和介電(dian)常數，及其(qi)與一系(xi)列聚合物和陶瓷的(de)(de)Ashby圖對比(bi)分(fen)析。
此(ci)前的(de)(de)研究主要關注珍珠(zhu)母仿(fang)生(sheng)結構對力學性能(neng)的(de)(de)調控作用(yong)，而忽(hu)略(lve)了其對電(dian)磁波(bo)(bo)傳輸特(te)性方面的(de)(de)影響。研究團隊基于(yu)珍珠(zhu)母結構的(de)(de)啟發，提出了一種電(dian)磁波(bo)(bo)傳輸設計(ji)理念，其高效透(tou)波(bo)(bo)性能(neng)來源于(yu)層狀陶瓷框架與(yu)低介(jie)電(dian)常數聚合物形成的(de)(de)微(wei)米級透(tou)波(bo)(bo)通(tong)道、無定形二氧化(hua)硅礦物橋以(yi)及單晶氧化(hua)鋁(lv)微(wei)米片的(de)(de)光軸垂直取向。因此(ci)，該(gai)結構設計(ji)實現(xian)了力學性能(neng)與(yu)透(tou)波(bo)(bo)性能(neng)的(de)(de)協同增(zeng)強（圖2f）。
這項研(yan)究在仿生結構材(cai)料的機(ji)械魯(lu)棒性、色彩偽裝功(gong)能和透(tou)波功(gong)能的多性能集(ji)成方面(mian)取(qu)得了(le)重(zhong)要(yao)進展。這種雙重(zhong)效益的設計策略為(wei)機(ji)械性能和功(gong)能特性的整合提供(gong)了(le)一個設計理(li)念平(ping)臺，為(wei)研(yan)發兼具隱身與防護性能的仿生層狀(zhuang)結構材(cai)料提供(gong)指導。
該研究得到了國(guo)家(jia)重點研發計(ji)劃、中(zhong)國(guo)科學院戰略性先導科技專(zhuan)項(xiang)、新(xin)基石研究員項(xiang)目、國(guo)家(jia)自(zi)然科學基金(jin)重大項(xiang)目、安徽省重大基礎研究項(xiang)目等資助，以及188bet足球微(wei)納研究與(yu)制造中(zhong)心的(de)支持(chi)。
論文鏈接：//advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202416535
（合(he)肥微尺度物質科學(xue)國家研究中心、化(hua)學(xue)與材(cai)料科學(xue)學(xue)院(yuan)、科研部）
