記者12日從中國科學技術大學獲悉，中國科學院院士、該校化學與材料科學學院教授俞書宏團隊研發了一種結構功能一體化設計的仿珍珠母復合材料。該復合材料不僅具備獨特的顏色可調性和優異的透波性能，還實現了輕量化、高強度、高韌性以及出色的抗沖擊性能。研究成果日前發表在《先進材料》上。

現代工業對防護結構材料的設計提出了多維性能要求，即在實現輕量化的同時，必須兼顧優異的力學性能，并且，需要具備針對不同的應用場景的特殊功能。自然界中的生物鎧甲通過相應的設計策略，既可以保持防御所需的機械強度，又能實現與周圍環境色度匹配的偽裝效果。其中，珍珠母憑借其精密的多級微觀結構，展現出遠超其組成成分的斷裂韌性，為人工材料設計提供了重要的仿生啟示。然而，如何在工程材料領域中有效應用這種自然界結構設計，特別是在具有優異力學性能的前提下實現功能集成，仍是亟待突破的瓶頸。

研究團隊提出了一種雙氧化物界面設計策略，通過自蒸發組裝與高溫燒結的方式制備出了新型仿珍珠母氧化鋁陶瓷基復合材料。該設計策略通過構建氧化鋁微米片之間的礦物橋結構，顯著提升了機械強度和韌性，同時利用固相反應調控組裝微米片界面化學成分實現了可控著色。研究結果表明，這種仿生復合材料的斷裂韌性是商用氧化鋁陶瓷的3倍以上，其吸收的沖擊能量達到商用氧化鋁陶瓷的4倍以上。此外，研究團隊基于珍珠母結構的啟發，提出了一種電磁波傳輸設計理念，其高效透波性能來源于層狀陶瓷框架與低介電常數聚合物形成的微米級透波通道、無定形二氧化硅礦物橋，以及單晶氧化鋁微米片的光軸垂直取向。因此，該結構設計實現了力學性能與透波性能的協同增強。

研究人員表示，這項研究在仿生結構材料的機械魯棒性、色彩偽裝功能和透波功能的多性能集成方面取得了重要進展。這種雙重效益的設計策略為機械性能和功能特性的整合提供了一個設計理念平臺，為研發兼具隱身與防護性能的仿生層狀結構材料提供指導。

（中國科學技術大學供圖）