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瑞士(ETH)科学家造出可媲美天然产品性质的多层材料

时间:2016-04-22 08:09 浏览:

瑞士联邦理工大学(ETH)科学家最近开发出一种新工艺,能近乎完美地模仿天然牙齿或贝壳的结构,造出可媲美天然产品性质的多层材料。

在自然界,很少有材料比牙齿或贝壳更坚硬耐久,秘密在于这些材料独特的精细结构:由不同的层组成,每一层有数不清的微小片状结构,并按相同方向整齐地连接在一起。科学家虽能仿造珍珠母,但要造出具有相同微观结构和性质的材料还很困难。

物理学家组织网28日(北京时间)报道,ETH复杂材料学教授安德烈·斯图尔特带领的团队将这种工艺称为“磁辅助滑浇铸(MASC)”,先造出一个石膏铸模,然后在模子里注入含有磁性陶瓷小片(如氧化铝片)的悬浮剂,石膏模上的孔会慢慢吸收悬浮液中的液体,使材料从外到内逐渐凝固变硬。

在浇铸过程中施加磁场,造出一种类层状结构,能按一定间隔改变陶瓷片方向。改变悬浮液成分和小片的方向,还能连续地造出多层结构,每层的材料性质还可以不同。

这种工艺能造出复杂的材料,近乎完美地模仿珍珠母或牙釉质等天然产品。“我们的技术就像3D打印,但速度要快10倍,而且成本效益更高。”论文合著者、团队博士后弗洛里安·博维利说。

为了展示新技术的潜力,斯图尔特团队造出了一颗人造牙,有着天然牙齿的微观结构,表面像真牙一样硬,表层以下则比较软。斯图尔特说:“人造牙的硬度和韧性结构都非常符合天然牙齿。”

斯图尔特指出,目前的研究还只是证明在实验室里能造出牙齿的天然精细结构,人们能在一定程度上控制材料组成的微观结构。如果用作假牙,这种材料的外观还要大大改进。新工艺中的陶瓷片磁化和定向已经取得专利。

除此之外,新工艺还能用在其他方面,比如用小铜片代替电子设备中的氧化铝小片。“小片的材质和方向可以按需要结合,迅速简便地造出大量性质各异的材料。”斯图尔特说。