在大自然的發(fā)展演變中，出現(xiàn)了很多具有抗沖擊性能的材料，其中就包括存在于貝殼中的珍珠層，它可以保護(hù)軟體動(dòng)物的軟體部分免受捕食者和惡劣環(huán)境的威脅。珍珠層具有一個(gè)復(fù)雜的分層結(jié)構(gòu)，其中扁平多邊形“磚”片的碳酸鈣（文石）嵌入于有機(jī)蛋白質(zhì)“砂漿”中，并以柱或片排列，具有改善斷裂韌性和延展性的優(yōu)點(diǎn)。

普通玻璃

仿珍珠玻璃

近日，加拿大麥吉爾大學(xué)的F. Barthelat教授團(tuán)隊(duì)提出了一種仿珍珠層的夾層玻璃，它模仿了軟體動(dòng)物貝殼珍珠層的三維“磚-實(shí)體”排列，由周期性的三維結(jié)構(gòu)和透明熱塑性彈性體制成，利用片劑滑動(dòng)克服了玻璃固有的脆性。通過(guò)聚焦脈沖激光束將片劑的輪廓雕刻在硅酸鹽玻璃板上，利用乙烯-乙酸乙烯酯（EVA）作為界面材料，將雕刻的玻璃板層壓在一起，使片劑呈現(xiàn)類似于天然珍珠層的三維交錯(cuò)排列。這種珍珠質(zhì)玻璃的抗沖擊性能比夾層玻璃和鋼化玻璃高兩到三倍，且能保持良好的強(qiáng)度和剛度。該設(shè)計(jì)著重解決了玻璃材料的脆性問(wèn)題，為玻璃在新的、更具挑戰(zhàn)性的應(yīng)用中提供基礎(chǔ)。

Kyriaki Corinna Datsiou在Science雜志撰寫(xiě)評(píng)述稱：使用這種接近天然珍珠質(zhì)的方法可以改善玻璃的剛度、強(qiáng)度和韌性。然而，與傳統(tǒng)夾層玻璃相關(guān)的常見(jiàn)問(wèn)題依然存在，例如在其使用壽命期間由環(huán)境條件驅(qū)動(dòng)的分層，邊緣穩(wěn)定性和聚合物降解等問(wèn)題。解讀這些影響將提高對(duì)如何有效生產(chǎn)抗沖擊，透明和耐用的生物玻璃的理解。

圖文速遞

圖1. 仿珍珠玻璃板的設(shè)計(jì)和制備

（A）天然珍珠母由95%（體積）的礦物片制成，用較軟的有機(jī)砂漿黏合。珍珠層可以通過(guò)微片彼此滑動(dòng)并在大體積上滑動(dòng)而變形，阻止裂縫并吸收沖擊能量。（B）珍珠質(zhì)玻璃面板的制造方案（比例尺：100 mm）。（C）片劑幾何形狀和重疊結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)（比例尺：500 mm）。（D）與普通層壓板相比，珍珠質(zhì)玻璃板的透光率。（插圖）典型雕刻面板的光學(xué)清晰度（比例尺：10mm）。

圖2. 小珍珠般玻璃板的穿孔

（A）實(shí)驗(yàn)裝置：以準(zhǔn)靜態(tài)速率用加載鼻刺破簡(jiǎn)單支撐的玻璃面板。（B）純硅酸鹽玻璃和純EVA板，普通層壓板和具有[5A]和[1P4A]層配置的珍珠層板的穿透力-位移曲線。（C）在穿刺之前和穿刺期間（位移=3 mm）的平面層壓和珍珠層狀面板。選擇照明和背景以突出雕刻圖案。比例尺：5 mm。（D和E）性能圖。（D）不同材料和設(shè)計(jì)的最大力（強(qiáng)度）與剛度和（E）穿刺能量與最大力的關(guān)系。

圖3. 顯微CT掃描和分析普通層壓板和珍珠層樣板。

（A）穿刺樣品的三維顯微斷層圖（對(duì)于普通夾層玻璃，微粒陣列刻在層的表面以跟蹤它們的相對(duì)滑動(dòng)）。（B）最下層夾層滑動(dòng)距離的映射，在類似珍珠層的設(shè)計(jì)中顯示出更大且更分散的滑動(dòng)。（C）面板中最下層夾層中的SMI圖，也顯示了滑動(dòng)矢量。（D）示意圖顯示了對(duì)應(yīng)SMI三個(gè)值的三種滑動(dòng)機(jī)制。片劑滑動(dòng)通常在基于六角形片劑的面板中，呈現(xiàn)雙向和各項(xiàng)同性。

圖4. 大型珍珠質(zhì)面板和其他透明材料的沖擊試驗(yàn)。

（A）實(shí)驗(yàn)裝置：以2.34 m/s的速度沖擊簡(jiǎn)單支撐的面板（50 mm×50 mm×3 mm）。（B）針對(duì)六種設(shè)計(jì)和材料的質(zhì)量密度性能圖進(jìn)行穿刺時(shí)的能量圖（均具有相同的整體尺寸）。（C）來(lái)自高速攝影的相應(yīng)快照。比例尺：10 mm。

原文鏈接：https://science.sciencemag.org/content/364/6447/1260

評(píng)述鏈接：https://science.sciencemag.org/content/364/6447/1232