密歇根大学
电子显微镜显示了珍珠层是如何从珍珠中心向外逐渐变得更加精确的
学分:密歇根大学 在可能为未来高性能纳米材料提供信息的研究中，密歇根大学(University of Michigan)领导的一个团队首次发现了软体动物是如何构建超耐用结构的，这种结构的对称程度超越了自然界中除了单个原子之外的所有东西
该论文的作者、U-M材料科学与工程助理教授罗伯特·霍登(Robert Hovden)说:“我们人类虽然拥有所有的技术手段，却无法制造出像珍珠一样复杂的纳米级建筑。”
“因此，我们可以通过研究珍珠是如何从无序的虚无变成这种非常对称的结构，学到很多东西
" 这项分析是与澳大利亚国立大学、劳伦斯伯克利国家实验室、西挪威大学和康奈尔大学的研究人员合作完成的
这项发表在《美国国家科学院院刊》上的研究发现，珍珠的对称性随着它的形成而变得越来越精确，回答了几个世纪以来关于其中心的无序如何变成某种完美的问题
珍珠层是一种彩虹色且极其耐用的有机-无机复合材料，也是牡蛎和其他软体动物的外壳，它建立在包围有机中心的文石碎片上
这些层构成了珍珠体积的90%以上，随着它们从中心向外堆积，它们变得越来越薄，越来越匹配
也许最令人惊讶的发现是软体动物通过调节每层珍珠层的厚度来保持珍珠的对称性
如果一层较厚，下一层往往较薄，反之亦然
研究中拍摄的珍珠包含2615层精细匹配的珍珠层，沉积时间超过548天
霍登说:“这些薄而光滑的珍珠层看起来有点像床单，中间夹着有机物。”
“每一层之间都有相互作用，我们假设这种相互作用能够使系统在运行过程中进行修正
" 该团队还发现了关于层与层之间的交互如何工作的细节
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，在这种现象中，一系列看似随机的事件相互关联，每个新事件都会受到前一个事件的影响
1/f噪声已被证明控制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、物理甚至古典音乐
“例如，当你掷骰子时，每一次掷骰子都是完全独立的，与其他所有的掷骰子都是分离的
但是1/f噪声是不同的，因为每个事件都是相关联的，”Hovden说
“我们无法预测，但我们可以在混乱中看到一个结构
在这种结构中有复杂的机制，使珍珠的数千层珍珠质能够朝着有序和精确的方向结合
" 研究小组发现，珍珠缺乏真正的长程有序性——那种精心设计的对称性，使砖砌建筑中的数百层保持一致
相反，珍珠呈现中等有序度，每次保持20层左右的对称性
这足以保持珍珠上千层的一致性和耐久性
该团队通过研究产自澳大利亚东部海岸线附近的尖吻岩藻牡蛎的“史克”珍珠来收集他们的观察结果
他们选择了这些直径约50毫米的特殊珍珠，因为它们是自然形成的，而不是有人工中心的人工养殖珍珠
用金刚石线锯将每颗珍珠切割成直径3-5毫米的部分，然后抛光并在电子显微镜下检查
Hovden说，这项研究的发现可能有助于为具有精确分层纳米结构的下一代材料提供信息
他说:“当我们建造类似砖瓦建筑的东西时，我们可以通过仔细的规划、测量和模板化来构建周期性。”
“软体动物可以通过使用不同的策略在纳米尺度上获得类似的结果
因此，我们可以从他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坚固、更轻的材料
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