熊猫牙可以自修复 研发仿生材料有了新思路

2019-02-11 16:36:54 来源: 科技日报

科技日报讯(记者郝晓明)呆萌可爱的大熊猫,曾是食肉动物,经长期进化后才成为“素食者”。表面宽阔和锋利坚固的牙齿可以碾压磨碎竹子成为其胃囊之物。近日,中国科学院金属研究所材料疲劳与断裂实验室刘增乾博士带领研究团队首次发现了大熊猫牙齿能够实现自修复,这为新型仿生材料研发提供了新思路,并在人牙匹配型仿生复合义齿材料、高强高导电接触材料等方面研究取得新进展。

牙齿,是动物天生的进攻防卫武器和咀嚼食物助消化的工具,也是仿生材料的重点研究对象。研究发现,大熊猫牙齿能够实现自修复,主要得益于其牙釉质具有高密度富含有机质的矿物质缝隙和巧妙的组织结构。刘增乾介绍,大熊猫牙齿的矿物质像树木一样垂直紧密地排列,从而形成牙釉质的“坚固森林”,而有机质则填充在“矿物质树”之间微小的缝隙中,牙釉质的变形、损伤与自动回复,微观上都是通过这种微小的缝隙实现。

据介绍,熊猫牙釉质界面中的天然有机质,在水合条件下会发生溶胀,进而发生高分子链柔性提高、玻璃化转变温度降低等转变现象,从而实现牙釉质的自修复,而熊猫唾液中的水分子能够对自修复效应起到显著的促进作用。

研究团队首次提出了新型材料组织结构取向梯度的概念与设计原则,即通过调整自身的组织结构与所受外力之间的取向关系,实现材料抗拉又抗压,从而提高材料整体的力学性能。

此外,该研究组还阐明了熊猫牙齿的主要种类、形式以及组织结构特征,从材料科学与力学角度揭示出其同步实现进攻与防护效果的性能优化机理,从而提炼出共性的仿生材料设计原则。

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