4月15日，記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校俞書宏院士領(lǐng)導(dǎo)的仿生材料研究團隊，開展了仿生布利岡結(jié)構(gòu)多級次可重構(gòu)纖維基元界面設(shè)計的系統(tǒng)性研究，提出“仿生適度有序布利岡結(jié)構(gòu)”的概念，分級構(gòu)筑了具有動態(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、動物骨骼等中廣泛存在。獨特的纖維多級結(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，研究人員進行了基于不同取向角度纖維模型的大規(guī)模分子動力學(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，可以促進能量耗散。這種相互對立的影響機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。這些實驗表征證實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)界面在促進基元微運動、廣泛應(yīng)力傳遞和能量耗散方面具有優(yōu)勢。
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。
（記者吳長鋒）