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人造珍珠與純天然珍珠密度大小

圖文 更新时间:2024-07-29 11:23:26

珍珠質(nacre)是珍珠外層的硬質彩虹色塗層,但在某些軟體動物的内部也有發現。作為大自然中最堅硬、穩定的材料之一,瑞士科學家已經開發出了打造人工珍珠質的工藝,而且能夠針對不同的應用進行“微調”。天然珍珠層的微觀結構,非常類似于磚牆。它由堆積的磚狀碳酸鈣闆組成。這些“磚”通過生物聚合物“砂漿”連接到一起、中間還有由礦物質組成的微小互聯“橋梁”。

人造珍珠與純天然珍珠密度大小(科學家研制人造珍珠)1

合成珍珠層的顯微結構(圖自:ETH Zurich)

由 Andr R. Studart 教授帶領的一支瑞士蘇黎世聯邦理工學院研究團隊,正在研發可量産的人造珍珠,并根據實際用戶進行微調。

研究人員從商用的氧化鋁闆開始,讓其扮演碳酸鈣的角色。然後将長度幾十微米的原料,懸浮在經受磁場旋轉的懸浮液中,讓所有細長的闆塊在同一個方向上對齊,就像牆壁中的磚塊那樣。

接着加入環氧樹脂和氧化钛顆粒,将整個混合物置于高壓之下,同時加熱至約 1000℃(1832℉)。硬化後的樹脂,會扮演磚塊間的砂漿角色,而二氧化钛會在 800℃(1472℉)時熔化形成橋梁。

與此同時,氧化鋁闆本身并沒有達到熔點,所以不會發生熔化。一旦材料冷卻,就形成了一種非常類似于珍珠的産品。ETH Zurich 指出,該材料集剛度、強度、韌性與一體,創造了一個新的世界紀錄。

值得一提的是,通過改變材料制作時的壓力和溫度,還可以微調這三種特性。該技術最終有望被運用到建築、航空/航天器設計等領域。

有關這項研究的詳情,已經發表在近日出版的《美國國家科學院院刊》(PNAS)上。原标題為:

《Quantifying the role of mineral bridges on the fracture resistance of nacre-like composites》

《量化礦物橋梁對珍珠質類複合材料抗裂性的作用》

[編譯自:New Atlas, 來源:ETH Zurich]

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