自然界中有著許多具有獨特功能的天然生物材料，它們總能給材料學(xué)界帶來很多靈感。當(dāng)科學(xué)家成功從材料學(xué)角度研究透它們的結(jié)構(gòu)-性能機理后，就能使用相關(guān)原理發(fā)展先進(jìn)材料制備技術(shù)。舉個典型的例子就是貝殼，其組成中的碳酸鈣碎片沿著二維平面排布，形成了非常整齊規(guī)則的微觀結(jié)構(gòu)，這個特征就可以被套用到導(dǎo)熱填料的應(yīng)用中，讓氮化硼微片實現(xiàn)這種取向排布，就可以讓熱量在二維方向橫向傳導(dǎo)。

貝殼無機粉體的取向排布

取向排布的氮化硼填料可減少復(fù)合材料的“界面熱阻”

最近，科學(xué)家們又多了一項新發(fā)現(xiàn)。加州大學(xué)歐文分校的教授 David Kisailus和材料科學(xué)與工程專業(yè)的研究生Taifeng Wang近距離觀察了北太平洋隱殼動物或橡膠靴石鱉的超硬牙齒。發(fā)現(xiàn)這些海洋生物的牙齒不僅可以捕捉和咀嚼食物，而且還可以創(chuàng)造出先進(jìn)、低成本且環(huán)境友善的材料，相關(guān)的研究結(jié)果被發(fā)表在2022年4月號的《小結(jié)構(gòu)》上。

從海洋生物到先進(jìn)材料

上圖所示的就是橡膠靴石鱉，一種以植物為食的無脊椎動物，人們咋一看容易把它誤認(rèn)為是一種紅色的石頭。它一般會吸附在石頭上，并使用自己超硬的牙齒從沿海巖石中刮去并研磨藻類沉淀物。

橡膠靴石鱉牙齒之所以這么鋒利，主要是因為牙齒里面含有豐富的磁鐵礦。研究小組在研究中發(fā)現(xiàn)，這些牙齒實際上是由高度排列的磁性納米棒構(gòu)成的，這些納米棒能夠提供很高的強度和抗彎折性。

為了更好地了解這些磁性納米棒是如何形成的，Kisailus和他的同事們利用納米結(jié)構(gòu)和化學(xué)方法對成熟早期階段的橡膠靴石鱉牙齒進(jìn)行了分析。發(fā)現(xiàn)在發(fā)育早期階段，牙齒中預(yù)先組裝的有機纖維材料（幾丁質(zhì)）通過一種高度有序的中晶氧化鐵（即水合鐵）引導(dǎo)這些納米棒的形成。而在對中晶結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步研究中，他們還發(fā)現(xiàn)一種常在半結(jié)晶聚合材料中發(fā)現(xiàn)的球狀結(jié)構(gòu)，研究人員確定正是這些粒子控制這些氧化鐵粒子的形成和生長。

進(jìn)一步分析表明，相對不穩(wěn)定的氧化鐵相鐵水石最終通過剪切誘導(dǎo)相變轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>中晶磁鐵礦（一種更穩(wěn)定的磁性材料）。在完全成熟的齒中，通過奧斯特瓦爾德熟化，小顆粒溶解再沉積形成大顆粒，最終形成連續(xù)的超硬磁鐵礦納米棒。

由于這些超硬材料是在接近室溫和溫和的生理條件下合成的，因此相信了解它們的形成機理對制造低成本且環(huán)境友好的先進(jìn)材料具有重要意義。

來源：phys.org

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