材料新突破！可变形微球打造仿珍珠质陶瓷-金属复合材料 | NSR

在珍珠母贝的孕育下，大自然用百万年时间创造了堪称完美的生物陶瓷——珍珠质。这种天然复合材料由脆性文石晶体（＞95%）与柔性有机物（＜5%）组成，通过独特的"砖泥结构"构建出令人惊叹的力学性能：其断裂韧性可达纯碳酸钙的3000倍，抗冲击能力更是比基础材料高出两个数量级。材料科学家正从这种精妙的生物结构中汲取灵感。通过3D打印、冰模板法、自组装等前沿技术，使用已有片状或者颗粒状基元，研究人员已成功仿制出仿珍珠质结构材料。实验数据显示，这类仿生材料的抗压强度可达传统复合材料的5-8倍，能量吸收效率提升近10倍，在航空航天、防弹装甲等领域展现出革命性应用潜力。然而，受限于目前的制备工艺、材料尺寸、材料形状等多方面的因素，面向应用的高性能仿珍珠质结构的复合材料的研发仍存在迫切需求。

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   材料合成

   

首先使用一步乳液法制备了氧化铝微球，并在微球表面沉积了一层镍盐构成的球壳。通过将复合微球在不同形状的模具中组装得到陶瓷胚体。在胚体被热压烧结的过程中，材料中的孔隙被压实，同时微球被压扁成片状，这些片状陶瓷被表面的镍分隔，构成了仿珍珠质的砖-泥结构。由于仿珍珠质材料由复合微球组装而成，可以通过简单的调节微球粒径来实现材料的微观结构调控。

图1 复合材料的制备流程

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   微观结构

   

仿珍珠质氧化铝陶瓷-金属镍复合材料展现出了多尺度的微结构，片状的氧化铝陶瓷由金属镍层分隔开，构成了典型的砖-泥结构。在更小的尺度上，片状陶瓷内部可以观察到微小的镍颗粒，这些镍颗粒在陶瓷致密化之前渗入其中，使陶瓷微片的韧性进一步提升。在纳米尺度上，氧化铝陶瓷-金属镍的界面接触良好。

图2 仿珍珠质复合材料的多尺度结构表征

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