普林斯顿的工程师们从珍珠母的构造中获得灵感，开发出一种新型的水泥复合材料，其抗裂性能是标准水泥的17倍，可拉伸性提高19倍。这种生物启发型复合材料通过在水泥浆和聚合物之间交替层压制造，可能增强从混凝土到瓷器等各种脆性陶瓷材料的耐久性。

研究人员Shashank Gupta表示，如果我们能够设计出能够抵抗裂缝扩展的混凝土，我们可以使它更坚固、更安全、更耐用。在《Advanced Functional Materials》杂志6月10日发表的文章中，研究团队报告称，通过创建交替的水泥浆片和薄聚合物层，可以显著提高抗裂性和在不完全破裂的情况下变形的能力（延展性）。

该团队开发的复合材料受到天然材料珍珠母的启发，珍珠母是某些贝壳内部发现的。Gupta说，在微观层面上，珍珠母由硬质矿物质方解石的六边形片组成，这些片由柔软的生物聚合物粘合在一起。方解石片显著贡献了珍珠母的强度，而生物聚合物增加了灵活性和抗裂性。

研究人员创造了具有交替的六边形水泥瓦片和薄聚合物层的梁。在实验中，研究人员制作了三种类型的梁。第一种由交替的水泥浆片和薄聚合物层组成。第二种，他们使用激光在水泥浆片上雕刻六边形凹槽。然后，这些带凹槽的片与薄聚合物层堆叠在一起。第三种类型与第二种类似，但研究人员完全切穿水泥，创建了由聚合物层连接的独立六边形瓦片。这些水泥瓦片躺在聚合物层上，类似于方解石在珍珠母中的生物聚合物层上。

实验结果显示，具有完全分离的六边形瓦片的梁（类似于珍珠母）表现出19倍的延展性和17倍的断裂韧性，同时保持了与实心水泥浆梁几乎相同的强度。

Moini说，我们的生物启发方法不仅仅是模仿自然的微观结构，而是从其基本原理中学习，并用这些原理指导人造材料的工程。我们有意在脆性材料中设计缺陷，通过设计使它们更强大。

研究人员指出，这些发现基于实验室条件，需要更多的工作和研究才能开发出在实地使用的技术。他们正在研究这些结构的断裂韧性和延展性是否适用于除水泥浆以外的其他陶瓷材料，如混凝土。

参考资料：DOI： 10.1002/adfm.202313516