来自贝壳的珍珠层具有无与伦比的强度和韧性。这得益于珍珠层所含的少量高分子与陶瓷材料相得益彰，使珍珠层更强韧。在珍珠层中，高分子与陶瓷材料构成“砖瓦加水泥”的微观结构，陶瓷组成的“砖瓦”在生物高分子组成的“水泥”的粘合作用下，形成高度规整的三维骨架。此前，人工合成的“珍珠”材料不能进行大范围的滑移变形，其韧性较差，呈现出难以克服的脆性。即使采用层压、回火的加工工艺，也只能提高人工合成珍珠层材料的抗冲击性能，却对其固有的脆性束手无策。
近日，加拿大麦吉尔大学 F. Barthelat副教授团队（通讯作者）从珍珠层的结构入手，制备了具备抗冲击性能的透明仿生材料。作者仿造珍珠层的结构，用乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（一种透明的热塑弹体）作为六方晶系硼硅酸盐玻璃层间的粘合剂，由此构筑的结构能允许玻璃片层之间发生较大程度的相对滑移。
该工作制备的人工合成珍珠层材料具有与珍珠层中高度相似的片层滑移机制。这一变形机制在天然珍珠层中普遍存在，却是首次在人工合成体系中出现。在非线性变形机制下，人工合成珍珠具有较高的韧性，并允许较大程度的变形。
与层压玻璃和回火玻璃相比，人工合成珍珠层材料不仅保持了陶瓷组分的高强度、高硬度，其抗冲击性能也已经达到层压玻璃和回火玻璃的2-3倍。
这一突破性进展以“Impact-resistantnacre-like transparent materials”为标题于2019年6月28日发表在国际顶刊Science上。
图一 珍珠层材料的三维结构及光学特性
图二 珍珠层材料的针刺测试
图三 珍珠层材料的微CT扫描
图四 珍珠层材料的抗冲击性能测试
Impact-resistant nacre-like transparent materials (Science,2019, DOI: 10.1126/science.aaw8988)
文献链接：
https://science.sciencemag.org/content/364/6447/1260
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