一根數(shù)十米長(zhǎng)的仿貝殼纖維（浙大高分子系提供）
    
    
    仿貝殼纖維的層狀結(jié)構(gòu)（浙大高分子系提供）
    
    “貝殼很小，卻非常堅(jiān)硬和精致。”這是席慕容對(duì)貝殼的描述。而高分子材料領(lǐng)域的科學(xué)們卻發(fā)現(xiàn)，貝殼不但堅(jiān)硬，而且還很有“韌（任）性”，這主要?dú)w結(jié)于貝殼珍珠層的特殊結(jié)構(gòu)。近日，浙大高分子系高超課題組成功解決了“貝殼珍珠層結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料”制備難題，得到的材料不僅堅(jiān)硬而富有韌性，而且可以連續(xù)化制備。這一成果公布在最新一期10月24日的《自然》旗下的網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放期刊《Scientific Reports》上。
    
    貝殼的珍珠層由磚灰結(jié)構(gòu)組成。“就像我們砌墻時(shí)要用到的磚和水泥灰一樣，貝殼的珍珠層就象是用一層磚壘一層水泥灰有序地排列組合而成的，”高超說(shuō)，這樣的結(jié)構(gòu)特別堅(jiān)固。更何況，珍珠層是由一層無(wú)機(jī)物——碳酸鈣、夾一層有機(jī)物——生物高分子組成。“因?yàn)橛辛擞袡C(jī)物的參與，所以貝殼珍珠層有了韌性”。
    
    “以前做的仿貝殼材料中，絕大多數(shù)功能都很單一，要么夠硬但韌性不好，不然就是韌性好卻強(qiáng)度不高，達(dá)不到像貝殼珍珠層那樣的‘完美組合’。”高超說(shuō)，最關(guān)鍵的是，即使研制出一種既硬又韌的復(fù)合材料，也可能會(huì)發(fā)生有機(jī)-無(wú)機(jī)材料之間的“排斥”分離現(xiàn)象，導(dǎo)致材料不穩(wěn)定。“我們研制的仿貝殼結(jié)構(gòu)復(fù)合材料就不會(huì)出現(xiàn)這些問(wèn)題，與自然界的貝殼相比，我們的材料具有更好的柔韌性和超強(qiáng)的抗腐蝕能力，能夠在酸、堿、鹽等條件下維持原有的優(yōu)異性能。”
    
    其實(shí)，人類(lèi)對(duì)貝殼珍珠層的研究歷史已有半個(gè)世紀(jì)，各種仿貝殼材料也層出不窮，但是都限于對(duì)微結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的模仿，而且還沒(méi)有辦法將材料做到需要的尺度。前人一般用氧化鋁、粘土納米片等無(wú)機(jī)物作為“磚塊”，由于這些“磚塊”較厚，溶解性不好，只能采用過(guò)濾或?qū)?疊-層組裝等辦法做出厘米級(jí)的薄膜樣品。高超說(shuō)，目前我們制備仿貝殼材料的“殺手锏”就是石墨烯，一種超薄的二維納米材料，它具有超強(qiáng)的力學(xué)性質(zhì)和良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱特性。“這是我們課題組前一階段紡絲成果的進(jìn)一步發(fā)展，偶然中發(fā)現(xiàn)，‘改造后’的石墨烯的一些特性與貝殼中的組成單元很類(lèi)似，并且性能還比貝殼來(lái)的優(yōu)越。”
    
    近年來(lái)，高超團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了氧化石墨烯的液晶性，即氧化石墨烯在水等溶劑中的濃度超過(guò)某一臨界值時(shí)，就會(huì)自發(fā)排列成有序的結(jié)構(gòu)。“因?yàn)槭┦且环N很薄的材料，我們?cè)囍谄浔砻嫔暇鶆虻?lsquo;涂’上點(diǎn)有機(jī)高分子，即一種含多羥基的超支化聚合物，‘改造后’的石墨烯很容易被溶解，并能形成液晶，而且會(huì)按一定規(guī)則排好隊(duì)，”高超說(shuō)，“我們驚喜的發(fā)現(xiàn)，這些‘改造后’的石墨烯就像一塊塊自帶粘合功能的‘磚塊’，可以讓我們隨心所欲地進(jìn)行搭建，想讓它壘成線，就得到仿貝殼纖維；讓它壘成面，就得到仿貝殼‘紙’，這樣也就解決了20多年來(lái)材料科學(xué)界無(wú)法連續(xù)化制備仿貝殼材料的難題。”
    
    目前，高超課題組的研究人員已經(jīng)能夠制成比頭發(fā)絲還要細(xì)的仿貝殼纖維。“我們這一項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用面是很廣的，如制作成功能性的織物。大家穿上了用仿貝殼纖維材料做的衣服后，不僅能防靜電，還可以防輻射，同時(shí)又耐化學(xué)腐蝕。”高超說(shuō)。
    
    （潘怡蒙）