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140AII33000 呆萌可愛的大熊貓，曾是食肉動物，經(jīng)長期進化后才成為“素食者”。表面寬闊和鋒利堅固的牙齒可以碾壓磨碎竹子成為其胃囊之物。近日，中國科學院金屬研究所材料疲勞與斷裂實驗室劉增乾博士帶領研究團隊首次發(fā)現(xiàn)了大熊貓牙齒能夠?qū)崿F(xiàn)自修復，這為新型仿生材料研發(fā)提供了新思路，并在人牙匹配型仿生復合義齒材料、高強高導電接觸材料等方面研究取得新進展。
牙齒，是動物天生的進攻防衛(wèi)武器和咀嚼食物助消化的工具，也是仿生材料的重點研究對象。研究發(fā)現(xiàn)，大熊貓牙齒能夠?qū)崿F(xiàn)自修復，主要得益于其牙釉質(zhì)具有高密度富含有機質(zhì)的礦物質(zhì)縫隙和巧妙的組織結(jié)構(gòu)。劉增乾介紹，大熊貓牙齒的礦物質(zhì)像樹木一樣垂直緊密地排列，從而形成牙釉質(zhì)的“堅固森林”，而有機質(zhì)則填充在“礦物質(zhì)樹”之間微小的縫隙中，牙釉質(zhì)的變形、損傷與自動回復，微觀上都是通過這種微小的縫隙實現(xiàn)。
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據(jù)介紹，熊貓牙釉質(zhì)界面中的天然有機質(zhì)，在水合條件下會發(fā)生溶脹，進而發(fā)生高分子鏈柔性提高、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度降低等轉(zhuǎn)變現(xiàn)象，從而實現(xiàn)牙釉質(zhì)的自修復，而熊貓唾液中的水分子能夠?qū)ψ孕迯托鸬斤@著的促進作用。
研究團隊首次提出了新型材料組織結(jié)構(gòu)取向梯度的概念與設計原則，即通過調(diào)整自身的組織結(jié)構(gòu)與所受外力之間的取向關系，實現(xiàn)材料抗拉又抗壓，從而提高材料整體的力學性能。
此外，該研究組還闡明了熊貓牙齒的主要種類、形式以及組織結(jié)構(gòu)特征，從材料科學與力學角度揭示出其同步實現(xiàn)進攻與防護效果的性能優(yōu)化機理，從而提煉出共性的仿生材料設計原則。
