4月15日，記者從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校俞書宏院士領(lǐng)導(dǎo)的仿生材料研究團(tuán)隊(duì)，開展了仿生布利岡結(jié)構(gòu)多級(jí)次可重構(gòu)纖維基元界面設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性研究，提出“仿生適度有序布利岡結(jié)構(gòu)”的概念，分級(jí)構(gòu)筑了具有動(dòng)態(tài)可重構(gòu)纖維界面的仿生布利岡結(jié)構(gòu)材料。相關(guān)研究成果日前發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》上。
作為生物結(jié)構(gòu)的代表，布利岡結(jié)構(gòu)在魚鱗片、龍蝦腹膜、動(dòng)物骨骼等中廣泛存在。獨(dú)特的纖維多級(jí)結(jié)構(gòu)和穩(wěn)健的纖維界面作用，可賦予魚鱗片、龍蝦腹膜等卓越的力學(xué)性能，引起研究人員的廣泛關(guān)注。然而，現(xiàn)有研究主要聚焦在建立纖維基元組裝策略和實(shí)現(xiàn)不同纖維基元的組裝上，在調(diào)控纖維基元界面的作用以提升仿生布利岡結(jié)構(gòu)應(yīng)力傳遞效率和力學(xué)功能方面，仍然有所欠缺。
據(jù)悉，研究人員進(jìn)行了基于不同取向角度纖維模型的大規(guī)模分子動(dòng)力學(xué)模擬。結(jié)果表明，通過引入空間取向角度產(chǎn)生的貫穿連鎖結(jié)構(gòu)，可以優(yōu)化氫鍵網(wǎng)絡(luò)的維度。三維氫鍵網(wǎng)絡(luò)的空間橋接效應(yīng)不僅增強(qiáng)了纖維體系的荷載傳遞能力和抗破壞能力的穩(wěn)定性，而且通過在塑性變形階段引入更多的氫鍵斷裂—重構(gòu)行為，可以促進(jìn)能量耗散。這種相互對(duì)立的影響機(jī)制說明適度有序的纖維排列方式，可以獲得最佳的纖維界面作用，從而優(yōu)化材料體系的力學(xué)性能。
研究人員利用掃描電子顯微鏡表征單軸牽伸后的細(xì)菌纖維素納米纖維膜層結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)了納米纖維基元的半有序排列及橋接互鎖行為。這些實(shí)驗(yàn)表征證實(shí)了納米纖維基元的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)特性，其衍生的納米纖維橋接互鎖和三維氫鍵網(wǎng)絡(luò)界面在促進(jìn)基元微運(yùn)動(dòng)、廣泛應(yīng)力傳遞和能量耗散方面具有優(yōu)勢(shì)。
此外，研究人員結(jié)合螺旋堆疊和熱壓致密化，制備出具有多尺度各向同性的仿生適度有序布利岡結(jié)構(gòu)材料，所構(gòu)筑的細(xì)菌纖維素基仿生半有序布利岡結(jié)構(gòu)材料，展現(xiàn)了突出的綜合力學(xué)性能和穩(wěn)定性。
（記者吳長(zhǎng)鋒）