成长速度惊人 实验室里“长出”珍珠母
2016-10-08 16:40:17   来源:环球网
内容摘要
为在人工体系里实现类似珍珠母的优异力学性能,仿珍珠母材料的制备一直是材料科学领域的研究热点之一。日前,中国科学技术大学俞书宏教授课题组在人工合成珍珠母方面取得突破性进展,首次通过模拟天然珍珠母生长过程制备了人工仿生结构材料。

实验室里“长出”了珍珠母 科技世界网


日前,中国科学技术大学俞书宏教授课题组在人工合成珍珠母方面取得突破性进展,首次通过模拟天然珍珠母生长过程制备了人工仿生结构材料,具有与天然珍珠母高度相似的化学成分、微观结构等特征,并兼具很好的强度及韧性。

为在人工体系里实现类似珍珠母的优异力学性能,仿珍珠母材料的制备一直是材料科学领域的研究热点之一。据介绍,贝壳内层的珍珠母具有独特而复杂的微观层状结构,这种结构使珍珠母在宏观上同时具备超常的硬度和韧性,这二者在许多人工合成材料中无法兼得。

为了还原珍珠母的复杂结构,目前科学家们已发展了一些制备二维仿珍珠母薄膜材料的方法。但对于三维体相仿珍珠母材料,已有的合成方法如陶瓷浆料组装-烧结法等,通常设备复杂且须通过超高温烧结成型,制备的材料的多级结构控制不够深入,并且将很多不耐高温的材料排除在外。

“反观自然界中珍珠母的形成过程,贝类首先在外套膜和贝壳内壁的生长面之间的腔体内用特定有机材料构筑层状框架结构,层间填满富含蛋白质的胶状物质,然后在层间不断富集碳酸钙并使其矿化,最终形成坚硬而不失韧性、成分简单却流光溢彩的珍珠母层。”俞书宏团队在实验室里巧妙地模拟了这个过程。

他们首先用与天然贝壳中完全相同的有机材质搭建出类似的层状“框架”,并置入人工“腔体”中。不同于自然界中贝类花费数年时间不断分泌该有机物质并使碳酸钙其在框架上矿化,俞书宏团队设计了一个“循环系统”,在两周内就能“复制”珍珠母长达数年的自然形成过程,速度超其百倍。

“虽然,目前人工合成的珍珠母还无法拥有天然珍珠的‘晕彩’,再加上制造成本等诸多因素,这种合成方法暂时还不便用于生产装饰用的珍珠。”俞书宏介绍说,但这种方法用于骨缺损修复领域则可能成为众多骨骼受损患者的福音,因为人类的骨骼和牙齿发育过程与珍珠母形成过程异曲同工。

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