貝殼結構可將玻璃強度提高200倍

【中玻網】玻璃有很多用途，它透明、堅固、抗化學腐蝕、好耐用，但非常大缺點就是脆而易碎。據物理學家籌備網1月28日報道，較近，加拿大麥吉爾大學工程師在貝殼的啟發下，開發出一種新型結構玻璃，強度超過一般標準玻璃的200倍。相關論文發表在本周的《自然·通訊》雜志上。
　　
　　研究小組深入研究了一些天然材料，如貝殼、骨頭、指甲等，雖然它們都是由脆性的礦物質組成，卻有著驚人的韌性和恢復能力，秘密就在于這些礦物質“結合”在一起，形成了一種更大、更堅固的結構單位。
　　
　　“結合”的意思是，貝殼里包含了大量微小的裂隙線，也叫接口。研究人員解釋說，從表面上看這好像削弱了材料的強度和堅固性，但實際上，這是一種精妙的壓力偏導器，能將外部壓力有效地轉向分化。比如某些貝殼的發光內殼層，也叫珍珠母，強度比組成其本身的礦物質要高3000倍。
　　
　　“引入削弱性的‘接口’會讓材料變得更堅固，似乎與人們的直覺相悖，但在天然材料中，這卻是一種被普遍采用的強大策略。”研究人員說。利用這種天然策略，他們用一種3維激光在多聚玻璃中刻下一些微小的裂紋，并讓微裂紋布滿玻璃內部，結果該玻璃的強度提高了200倍，而且在承受沖擊力方面變得更好，受到力度強沖擊時它會輕微彎曲，而不是立即碎掉。而且這種裂紋玻璃還能被“拉伸”，在被拉斷前能伸長約5%，普通玻璃只有0.1%。
　　
　　論文合著者、麥吉爾大學力學工程系的弗朗科西斯·巴斯萊特說：“一個用普通玻璃制成的容器掉在地上，很可能會摔得粉碎；但如果用這種仿生玻璃制成容器，掉在地上可能會摔變形而不會完全摔碎。摔幾次之后，它可能還能用。”
　　
　　貝殼由易碎的礦物質組成，但卻堅硬而有韌性。較初在模仿貝殼結構時，研究人員試圖造出一種微小的“基本模塊”，再通過組裝方式來建造一種新材料，就像建造一面微結構墻。“后來我們反其道而行之，從一大塊沒有微結構的材料開始，然后在其內部刻出接口。”巴斯萊特說。
　　
　　在玻璃中引入網狀的微小裂痕，會讓它變得更堅固，新方法以一種“非常經濟”的方式克服了玻璃易碎的缺點。“只需一束激光脈沖，準確地聚焦到事先確定的位置。我們的3維激光雕刻技術還能很容易地升級，用在不同形狀的更大、更厚的材料上。”巴斯萊特說。（常麗君）