貝殼結(jié)構(gòu)可將玻璃強(qiáng)度提高200倍
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【中玻網(wǎng)】玻璃有很多用途，它透明、堅(jiān)固、抗化學(xué)腐蝕、好耐用，但非常大缺點(diǎn)就是脆而易碎。較近，加拿大麥吉爾大學(xué)工程師在貝殼的啟發(fā)下，開(kāi)發(fā)出一種新型結(jié)構(gòu)玻璃，強(qiáng)度超過(guò)一般標(biāo)準(zhǔn)玻璃的200倍。相關(guān)論文發(fā)表在本周的《自然·通訊》雜志上。
研究小組深入研究了一些天然材料，如貝殼、骨頭、指甲等，雖然它們都是由脆性的礦物質(zhì)組成，卻有著驚人的韌性和恢復(fù)能力，秘密就在于這些礦物質(zhì)“結(jié)合”在一起，形成了一種更大、更堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)單位。
“結(jié)合”的意思是，貝殼里包含了大量微小的裂隙線(xiàn)，也叫接口。研究人員解釋說(shuō)，從表面上看這好像削弱了材料的強(qiáng)度和堅(jiān)固性，但實(shí)際上，這是一種精妙的壓力偏導(dǎo)器，能將外部壓力有效地轉(zhuǎn)向分化。比如某些貝殼的發(fā)光內(nèi)殼層，也叫珍珠母，強(qiáng)度比組成其本身的礦物質(zhì)要高3000倍。
“引入削弱性的‘接口’會(huì)讓材料變得更堅(jiān)固，似乎與人們的直覺(jué)相悖，但在天然材料中，這卻是一種被普遍采用的強(qiáng)大策略?！毖芯咳藛T說(shuō)。利用這種天然策略，他們用一種3維激光在多聚玻璃中刻下一些微小的裂紋，并讓微裂紋布滿(mǎn)玻璃內(nèi)部，結(jié)果該玻璃的強(qiáng)度提高了200倍，而且在承受沖擊力方面變得更好，受到力度強(qiáng)沖擊時(shí)它會(huì)輕微彎曲，而不是立即碎掉。而且這種裂紋玻璃還能被“拉伸”，在被拉斷前能伸長(zhǎng)約5%，普通玻璃只有0.1%。
論文合著者、麥吉爾大學(xué)力學(xué)工程系的弗朗科西斯·巴斯萊特說(shuō)：“一個(gè)用普通玻璃制成的容器掉在地上，很可能會(huì)摔得粉碎；但如果用這種仿生玻璃制成容器，掉在地上可能會(huì)摔變形而不會(huì)完全摔碎。摔幾次之后，它可能還能用?！?br/>
貝殼由易碎的礦物質(zhì)組成，但卻堅(jiān)硬而有韌性。較初在模仿貝殼結(jié)構(gòu)時(shí)，研究人員試圖造出一種微小的“基本模塊”，再通過(guò)組裝方式來(lái)建造一種新材料，就像建造一面微結(jié)構(gòu)墻。“后來(lái)我們反其道而行之，從一大塊沒(méi)有微結(jié)構(gòu)的材料開(kāi)始，然后在其內(nèi)部刻出接口?！卑退谷R特說(shuō)。
在玻璃中引入網(wǎng)狀的微小裂痕，會(huì)讓它變得更堅(jiān)固，新方法以一種“非常經(jīng)濟(jì)”的方式克服了玻璃易碎的缺點(diǎn)?！爸恍枰皇す饷}沖，準(zhǔn)確地聚焦到事先確定的位置。我們的3維激光雕刻技術(shù)還能很容易地升級(jí)，用在不同形狀的更大、更厚的材料上?！卑退谷R特說(shuō)。
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