A前瞻官网
前瞻网
a 当前位置: 前瞻网 » 资讯 » 产经

珍珠如何形成复杂的纳米级结构?人类技术都做不到!

分享到:
 Emma Chou • 2021-10-22 09:53:58 来源:前瞻网 E1744G0
100大行业全景图谱

1

在有望为未来的高性能纳米材料提供信息的研究中,密歇根大学(University of Michigan)团队首次发现了软体动物是如何建造具有对称性水平的超耐用结构,其对称性水平超过了自然界中的其他一切,个别原子除外。

马萨诸塞州大学材料科学与工程系助理教授Robert Hovden表示,在人类拥有的所有技术中,却无法制造出像珍珠一样复杂纳米级结构的东西。但是,可以通过研究珍珠如何从无序的虚无结构变成这种明显的对称结构中获益良多。

研究者发现珍珠的对称性,随着它的形成而变得越来越精确,这回答了几个世纪以来关于其中心的无序如何变成一种完美的问题。

珍珠层是一种五彩缤纷、极其耐用的有机无机复合材料,也构成了牡蛎和其他软体动物的外壳,建立在围绕有机中心的文石碎片上。这些层占珍珠体积的90%以上,随着它们从中心向外延伸,会逐渐变薄,并且更加紧密匹配。

也许最令人惊讶的发现是,软体动物通过调整每层珍珠的厚度来维持其珍珠的对称性。如果一层较厚,下一层往往会较薄,反之亦然。研究报告中的珍珠包含2615个精细匹配的珍珠层,沉积了548天。

Hovden表示,这些薄而光滑的珍珠层看起来有点像床单,中间是有机物。每一层之间都有相互作用,假设这种相互作用是使该系统能够随着它的发展而修正的原因。

研究小组还发现了关于层与层之间的互动如何运作的细节。对珍珠层的数学分析表明,它们遵循一种被称为“1/f噪声”的现象,即一系列看似随机的事件被连接起来,每个新事件都受到之前事件的影响。1/f噪声已被证明支配着各种各样的自然和人为过程,包括地震活动、经济市场、电力、物理学甚至古典音乐。

研究团队收集自然形成的珍珠,每颗珍珠都被用钻石线锯切割成直径为三到五毫米的部分,然后在电子显微镜下进行抛光和检查。

研究小组发现,珍珠缺乏真正的长程秩序——那种精心策划的对称性,使砖头建筑中的数百层保持一致。相反,珍珠表现出中等范围的秩序,每次保持约20层的对称性。这足以在构成珍珠的数千层中保持一致性和耐久性。

研究者表示,这项研究的结果可能有助于为具有精确分层纳米级结构的下一代材料提供信息。当建造像砖头建筑这样的东西时,可以通过仔细的规划、测量和模板化来建造周期性。软体动物可以通过使用不同的策略在纳米尺度上实现类似的结果。所以我们可以从它们身上学到很多东西,这些知识可以帮助我们在未来制造出更强、更轻的材料。

题为The mesoscale order of nacreous pearls的相关研究论文发表在《美国国家科学院院刊》上。

前瞻经济学人APP资讯组

论文原文:

https://www.pnas.org/content/118/42/e2107477118

本文来源前瞻网,转载请注明来源。本文内容仅代表作者个人观点,本站只提供参考并不构成任何投资及应用建议。(若存在内容、版权或其它问题,请联系:service@qianzhan.com) 品牌合作与广告投放请联系:0755-33069875 或 hezuo@qianzhan.com

p39 q0 我要投稿

分享:

品牌、内容合作请点这里:寻求合作 ››

前瞻经济学人微信二维码

前瞻经济学人

专注于中国各行业市场分析、未来发展趋势等。扫一扫立即关注。

前瞻产业研究院微信二维码

前瞻产业研究院

如何抓准行业的下一个风口?未来5年10年行业趋势如何把握?扫一扫立即关注。

前瞻经济学人 让您成为更懂趋势的人

想看更多前瞻的文章?扫描右侧二维码,还可以获得以下福利:

  • 10000+ 行业干货 免费领取
  • 500+ 行业研究员 解答你的问题
  • 1000000+ 行业数据 任君使用
  • 365+ 每日全球财经大事 一手掌握
  • 下载APP

  • 关注微信号

前瞻数据库
企查猫
前瞻经济学人App二维码

扫一扫下载APP

与资深行业研究员/经济学家互动交流让您成为更懂趋势的人

下载APP
前瞻经济学人APP

下载前瞻经济学人APP

关注我们
前瞻经济秀人微信号

扫一扫关注我们

我要投稿

×
J