贝壳结构可将玻璃强度提高200倍
30日来源： 科技日报
玻璃有很多用途，它透明、坚固、抗化学腐蚀、持久耐用，但最大缺点就是脆而易碎。据物理学家组织网1月28日报道，最近，加拿大麦吉尔大学工程师在贝壳的启发下，开发出一种新型结构玻璃，强度超过一般标准玻璃的200倍。相关论文发表在本周的《自然·通讯》杂志上。
研究小组深入研究了一些天然材料，如贝壳、骨头、指甲等，虽然它们都是由脆性的矿物质组成，却有着惊人的韧性和恢复能力，秘密就在于这些矿物质“结合”在一起，形成了一种更大、更坚固的结构单位。
“结合”的意思是，贝壳里包含了大量微小的裂隙线，也叫接口。研究人员解释说，从表面上看这好像削弱了材料的强度和坚固性，但实际上，这是一种精妙的压力偏导器，能将外部压力有效地转向分化。比如某些贝壳的发光内壳层，也叫珍珠母，强度比组成其本身的矿物质要高3000倍。
“引入削弱性的‘接口’会让材料变得更坚固，似乎与人们的直觉相悖，但在天然材料中，这却是一种被普遍采用的强大策略。”研究人员说。利用这种天然策略，他们用一种3维激光在多聚玻璃中刻下一些微小的裂纹，并让微裂纹布满玻璃内部，结果该玻璃的强度提高了200倍，而且在承受冲击力方面变得更好，受到强力冲击时它会轻微弯曲，而不是立即碎掉。而且这种裂纹玻璃还能被“拉伸”，在被拉断前能伸长约5%，普通玻璃只有0.1%。
论文合著者、麦吉尔大学力学工程系的弗朗科西斯·巴斯莱特说：“一个用普通玻璃制成的容器掉在地上，很可能会摔得粉碎；但如果用这种仿生玻璃制成容器，掉在地上可能会摔变形而不会完全摔碎。摔几次之后，它可能还能用。”
贝壳由易碎的矿物质组成，但却坚硬而有韧性。最初在模仿贝壳结构时，研究人员试图造出一种微小的“基本模块”，再通过组装方式来建造一种新材料，就像建造一面微结构墙。“后来我们反其道而行之，从一大块没有微结构的材料开始，然后在其内部刻出接口。”巴斯莱特说。
在玻璃中引入网状的微小裂痕，会让它变得更坚固，新方法以一种“非常经济”的方式克服了玻璃易碎的缺点。“只需一束激光脉冲，精确地聚焦到事先确定的位置。我们的3维激光雕刻技术还能很容易地升级，用在不同形状的更大、更厚的材料上。”巴斯莱特说。（常丽君）
