受自然启发,科学家开发出了新型“坚不可摧玻璃”——强度3倍,抗断裂能力5倍

闪亮的珍珠鲍鱼包壳

闪亮的珍珠般的鲍鱼被冲上岸。

麦吉尔大学的科学家研制出了最坚固的玻璃。

麦吉尔大学的科学家受到软体动物外壳内层的启发,开发出更坚固的玻璃。这种新材料不会因冲击而粉碎,它具有塑料的弹性,可以用于改善未来的手机屏幕,以及其他应用。

虽然钢化和层压等技术可以帮助加强玻璃,但它们价格昂贵,而且一旦表面受损就不再起作用。“到目前为止,在高强度、韧性和透明度之间存在权衡。我们的新材料不仅强度是普通玻璃的三倍,而且抗裂性是普通玻璃的五倍多。”麦吉尔大学生物工程系副教授Allen Ehrlicher说。

不碎玻璃复合材料

(A)玻璃复合材料(左边没有指标匹配,右边有指标匹配),(B)玻璃复合材料的微观结构,(C)红鲍鱼壳珍珠层的观察,(D)珍珠层的微观结构。信贷:艾伦埃利希

大自然是设计的主人

这位科学家从自然中获得灵感,创造了一种新的玻璃和丙烯酸复合材料,模仿珍珠质或珍珠母。“大自然是设计大师。研究生物材料的结构并理解它们的工作原理为新材料提供了灵感,有时甚至是蓝图,”埃利歇尔说。

他解释说:“令人惊讶的是,珍珠质具有坚硬材料的刚性和柔软材料的耐久性,使它两全其美。”“它是由像粉笔一样的硬块组成,层状的软蛋白具有高度弹性。这种结构产生了非凡的强度,比组成它的材料坚硬3000倍。”

科学家们采用了珍珠层的结构,用玻璃薄片和丙烯酸层复制了它,产生了一种异常坚固但不透明的材料,这种材料易于生产,成本也不高。然后他们更进一步,使复合材料变得透明。“通过调整亚克力的折射率,我们使它与玻璃无缝融合,制成一种真正透明的复合材料,”该研究的主要作者、麦吉尔大学博士后研究员阿里·阿米尼说。下一步,他们计划通过整合智能技术来改进玻璃,使其能够改变颜色、力学和电导率等特性。

玻璃复合材料的微观结构

(A)玻璃复合材料的微观结构;(B)珍珠层的微观结构。信贷:艾伦埃利希

软性玻璃发明的失败

据推测,柔性玻璃是罗马皇帝提比略·凯撒统治时期的一项失传发明。根据罗马作家盖乌斯·普利尼乌斯·塞昆德斯和佩特罗尼乌斯的通俗历史记载,发明者把用这种材料制成的水碗带到皇帝面前。当把碗拿去试着打破它时,它非但没有碎,反而凹陷了。

在发明者发誓说他是唯一知道如何生产这种材料的人之后,提比略就处决了他,因为他担心这种玻璃会使金银贬值,因为它可能更值钱。

“当我想到提比略的故事时,我很高兴我们的物质创新导致了出版而不是执行,”埃利歇尔说。

参考:Ali Amini、Adele Khavari、Francois Barthelat和Allen J. Ehrlicher, 2021年9月10日科学
DOI: 10.1126 / science.abf0277

1评论“受自然启发,科学家研发出新型“坚不可摧玻璃”——坚固3倍,抗断裂5倍”

  1. 是的,但这可能是一个好的包装想法,它可能有帮助,尽管....

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