上海
编辑丨王多鱼
排版丨水成文
在纳米复合材料中增强韧性通常需要引入粘弹性有机相，但这往往会降低刚度。
许多复合材料采用“砖墙结构”来提升韧性，但此类材料往往缺乏刚度，而多数提升刚度的方法又会导致韧性下降。
2026 年 10 月 1 日，北京航空航天大学刘明杰教授团队在国际顶尖学术期刊Science上发表了题为：Hierarchical crystalline organic-inorganic framework enabling high-modulus toughening in nacre 的研究论文。
该研究探索了了成熟褶纹冠蚌（一种常见河蚌）的珍珠层中刚度与韧性异常兼具的结构根源。他们发现，其刚度源于一种由文石纳米棒与纳米限域生物分子结晶体组成的分层结晶有机-无机框架，且该框架随褶纹冠蚌的成熟逐渐从砖墙排列演化而来。研究团队进一步基于分离的文石片层制备了半合成珍珠层材料，将其浸渍合成聚合物后重新加工成薄膜，同时实现了高刚度与高抗裂性。这项研究为开发可靠的高性能结构材料提供了一条前景广阔的新路径。
在这项最新研究中，研究团队揭示了成熟的褶纹冠蚌（Cristaria plicata）珍珠层中的一种高模量增韧机制，该机制源于由文石纳米棒与片层内生物分子微晶交替结合而成的结晶有机-无机骨架。由于临界滑移长度效应，这些结晶单元接近模量和强度的理论极限。
纳米限域的生物分子微晶在层间界面中充当纳米销钉，缓解应力集中并实现跨尺度协同变形，从而赋予材料高断裂韧性。
受该机制启发，研究团队利用再生文石薄片制备的重组珍珠层同时实现了高刚度与高抗裂性。这些见解为开发可靠的高性能结构材料提供了一条前景广阔的新路径。
论文链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.aeg1070
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