四川
提高纳米复合材料的韧性通常涉及黏弹性有机相，但这通常会降低刚度。
2026年10月1日，北京航空航天大学刘明杰团队在Science在线发表题为“Hierarchical crystalline organic-inorganic framework enabling high-modulus toughening in nacre”的研究论文。该研究探究了成熟褶纹冠蚌（Cristaria plicata，一种双壳贝类）珍珠层中刚度和韧性不同寻常组合的结构起源。
研究发现，刚度来源于一种分层结晶有机-无机框架，由文石纳米棒和纳米限域的生物分子微晶组成，随着贝类成熟，该框架从砖-泥排列演化而来。基于分离的文石板制备了一种半合成珍珠层，将其浸渗合成聚合物并重新加工成薄膜。
珍珠层长期以来因其出色的强度、刚度和韧性而备受关注。其纳米结构已被认识超过六十年，无机微晶的整齐交错排列已被确认为其卓越力学性能的主要来源。这一结构概念已成为珍珠层仿生材料设计的指导。包括层层沉积、浇铸和冰模板在内的制备策略已被开发用于将取向无机微晶组装成强韧纳米复合材料。
当无机微晶在其临界长度下运行时，可以接近理论强度和模量。此外，有机相通常被视为充当韧性、能量耗散基质的均匀黏合剂。然而，这些软相通常阻碍无机微晶之间的载荷传递，造成固有的权衡：韧性提高以牺牲刚度为代价，这是承载应用的关键限制。近期研究表明，纳米限域聚合物微晶可在不损害刚度的情况下增强材料韧性。
褶纹冠蚌珍珠层中ML与TL的结构比较（图源自Science）
该研究描述了成熟褶纹冠蚌（Cristaria plicata）珍珠层中的一种高模量增韧机制，该机制源于一种结晶有机-无机框架，由文石纳米棒与板内生物分子微晶交替整合而成。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处充当纳米钉扎点，缓解应力集中并实现跨尺度同步变形，从而赋予高断裂韧性。受此机制启发，由再生文石片制备的重组珍珠层同时实现了高刚度和抗裂性。这些见解为可靠的高性能结构材料提供了一条有前景的途径。
参考消息：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.aeg1070祝贺
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