麻省理工学院 这里看到的鲍鱼壳的外层被抛光，直到露出珍珠层
麻省理工学院的研究人员已经将微压痕和压电拉曼结果关联起来，以评估和量化通过材料的层次结构耗散的应力量
学分:麻省理工学院 珍珠质是软体动物贝壳如珍珠母和鲍鱼的虹彩材料，长期以来一直是海滩拾荒者和贝壳收藏家的珍贵发现，因为珍珠质具有自然美和多种颜色
但是科学家和工程师也长期对珍珠质感到惊奇并进行研究；这是一种坚韧的材料，由文石片和有机蛋白质薄膜交替层组成
自然界包含许多随着时间演变的材料，以优化强度、耐用性和性能
随着研究人员和工程师寻求开发更好、更可持续的建筑材料，他们越来越多地从大自然中寻找灵感
珍珠质的物理结构使它能够承受相当大的压力和血小板的损伤，而不会对整个贝壳造成严重的损伤
一些人认为更多的是单个血小板的作用，使它们具有如此非凡的强度和耐用性，但研究人员缺乏工具和过程来深入研究晶体取向和机械性能之间的关系——直到现在
在过去的20年里，壳体的强度通常采用宏观弯曲试验、微/纳米压痕和原子力显微镜等技术进行测试
现在，麻省理工学院土木与环境工程助理教授阿米拉·马西克、研究生玄彩“查德”罗和其他五人将扫描电子显微镜和显微压痕技术与拉曼光谱结合起来，开发了一种强大的化学机械表征方法，通过一种被称为压电拉曼的技术，可以进行三维应力和应变绘图
“我们开发了一种方法，从众所周知和研究过的生物系统中提取重要的化学机械信息，”马西奇解释说，他的发现最近发表在《通讯材料》上
“将微压痕和压电拉曼结果联系起来，使我们能够评估和量化通过分级结构耗散的应力量
" 量化材料机械性能的新方法本身就足以成为重大新闻，但在这个过程中，马西奇和他的同事——他认为他们在这项合作努力中做了大量工作——对结果感到惊讶
在珍珠层中，裂纹扩展方向既垂直于拉力(模式一)，又平行于拉力(模式二)
研究人员发现裂纹跳跃(模式二)与文石片的晶体取向有关
学分:麻省理工学院 “我们首先应用这些工具来研究几微米尺度的应变硬化机制
然而，我们注意到能量的耗散并不局限于砖和砂浆结构，而是影响了比我们预期大得多的区域
我们将研究范围扩大到更大的范围，发现了这种新的增韧机制，它与20微米尺度的介观结构有关，”Loh说
研究人员发现，共同定向的霰石片层构成了另一个层次的结构，当材料受到压力时，它会变得坚韧
偏振拉曼，这项研究中使用的另一种技术，帮助研究小组观察了文石砖的晶体取向
通过对取向模式的研究，研究人员能够阐明文石堆的特征长度尺度，并将其与裂纹扩展模式联系起来
裂纹在文石堆之间扩展，表明它们对珍珠质韧性的机械贡献
“这给了我们一个机会，可以潜在地解释是什么导致了更大尺度上的这种增韧
晶体的系统排列可以在其他生物矿物材料中找到，例如我们的牙齿，材料的微观结构直接影响它们的功能
”马西克说
模仿珍珠质等天然材料一直是设计新材料的流行策略
然而，它们结构的小规模对复制和制造自然形态提出了挑战
“随着我们的发现，我们提出了一种新的仿生策略，在10微米或更大的尺度上模拟珍珠层的结构，而不是在纳米尺度上
”马西克说
对于研究人员来说，这是一个激动人心的消息，他们正在探索受自然设计启发的合成材料的新可能性
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