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  天然貝殼珍珠層由于能兼顧強(qiáng)度和韌性，是人們制備高力學(xué)性能材料的仿生結(jié)構(gòu)之一。其高力學(xué)性能的“秘訣”是擁有多級構(gòu)造，包括無機(jī)物和有機(jī)物以“磚-泥”形式組裝的層狀結(jié)構(gòu)，以及更微觀的礦橋、納米突起等構(gòu)造。雖然目前已有多種仿生珍珠層結(jié)構(gòu)的方式，但絕大多數(shù)只能簡單仿造出具有層狀結(jié)構(gòu)的二維（2D）薄膜狀復(fù)合材料。如何快速、簡單、經(jīng)濟(jì)地制備大尺寸三維（3D）塊狀多級珍珠層結(jié)構(gòu)的材料仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。

  近期，加拿大不列顛哥倫比亞大學(xué)（UBC）Feng Jiang教授和東北林業(yè)大學(xué)謝延軍教授基于天然輕木的微觀構(gòu)造特性，采用快速、簡便原位礦化和熱壓的手段制備出具有多級天然貝殼結(jié)構(gòu)的高力學(xué)塊狀仿生貝殼材料。輕木含有豐富的木射線（由薄壁細(xì)胞組成，細(xì)胞壁主要為木質(zhì)素和半纖維素組成），經(jīng)過脫木質(zhì)素和半纖維素處理后木射線結(jié)構(gòu)消失，木材呈層狀構(gòu)造，這為構(gòu)造仿生貝殼層狀結(jié)構(gòu)提供了基礎(chǔ)。同時，木材細(xì)胞壁會形成褶皺波浪，這將有利于在壓縮過程中形成次級層狀結(jié)構(gòu)。隨后利用馬來酸酐對木基材（WMS）進(jìn)行處理，在引入羧基（-COOH）的同時提高其耐水穩(wěn)定性，為礦化的穩(wěn)定進(jìn)行提供基礎(chǔ)條件。接著利用CaCl₂乙醇溶液和NaHCO₃水溶液交替浸漬的方式進(jìn)行礦化，此時Ca²⁺在WMS上的-COOH負(fù)電荷吸引力的作用下附著于WMS表面，實(shí)現(xiàn)了WMS表現(xiàn)的原位礦化。礦化完成后，以蠶絲蛋白液為膠黏劑并通過熱壓制備出仿生貝殼材料（WAN）。掃描電子顯微及（SEM）顯示WAN具有多級層狀結(jié)構(gòu)，熱重分析（TG）結(jié)果顯示在短短3天的礦化條件下其CaCO₃含量就可達(dá)70%以上，速度遠(yuǎn)快于天然貝殼礦化過程。

圖4（a）WANs的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變圖；（b）不同WAN的拉伸強(qiáng)度和斷裂功；（c）相對強(qiáng)度比價；WAN-1高拉伸強(qiáng)度機(jī)理：（d）拔拉現(xiàn)象、（e）層狀結(jié)構(gòu)以及有機(jī)木質(zhì)組分拉絲現(xiàn)象和（f）無機(jī)組分的拉斷；（g）WAN-1與天然以及類似仿生塊狀材料的相對強(qiáng)度、密度、斷裂功、可規(guī)模化制備和礦化時間對比圖；（h）NW、WS、WMS以及WAN-1燃燒過程照片。

  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202310096