軟體動物貝殼最內層（珍珠層）的碳酸鈣與貝殼硬蛋白形成的規整有序的“磚墻”式結構給予材料學家很多靈感，包括在開發金屬陶瓷多功能復合材料的通用工藝路線方面。

日前一篇發表在“scientific reports”期刊的研究成果介紹了以鐵為砂漿相制備仿生復合材料的通用加工方法，通過溶膠-凝膠法將微米級的氧化鋁用鐵包覆，并通過磁力驅動將這些包覆氧化鋁粉組裝成珍珠層結構，然后外力輔助致密化，從而制備出具備磁、電、熱功能的輕量化復合金屬陶瓷材料，有望在運輸、航空航天和機器人等領域得到應用。DOI:10.1038/s41598-021-81068-z

珍珠層及其微觀磚墻式結構

珍珠層金屬-陶瓷復合材料工藝路線示意

（BnOH：苯甲醇，M：金屬，Mox：金屬氧化物，Hrot：旋轉磁場，MASC：磁輔助滑動鑄造，SPS：放電等離子燒結）

通過這種方法，成功地獲得了鐵含量高達12.4vol%的氧化鋁基復合材料，同時在高溫還原和燒結過程中保持了氧化鋁片的形貌。在600℃以上的溫度下，氧化鐵與氧化鋁反應生成尖晶石界面鐵尖晶石。這種界面相有望改善金屬相在氧化鋁片表面的潤濕性，從而提高復合材料的力學性能。在氧化鋁片之間存在更多的球墨鑄鐵相，導致珍珠層結構表現出越來越大的抗裂紋擴展能力，也被稱為R曲線上升行為。由于這些增韌機制，大塊復合材料達到更高的機械強度和斷裂韌性水平，可與文獻中報道的最堅韌的珍珠層材料相媲美。除了這些顯著的力學性能外，金屬鐵和鐵尖晶石相還賦予最終的塊狀復合材料軟磁響應和可調的電學性能。這些額外的功能使金屬-陶瓷復合材料在需要輕質結構材料的應用中具有吸引力，這些材料不僅堅硬，而且對外部磁場和電場敏感。這些特性對于暴露在空間輻射中的航天器和衛星的磁屏蔽具有潛在的用途。

編譯 YUXI