熊貓牙可以自修復(fù) 研發(fā)仿生材料有了新思路

科技日報訊（記者郝曉明）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(xué)院金屬研究所材料疲勞與斷裂實驗室劉增乾博士帶領(lǐng)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(fù)，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(fù)合義齒材料、高強高導(dǎo)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(fù)，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(fù)，微觀上都是通過這種微小的縫隙實現(xiàn)。

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(fù)，而熊貓唾液中的水分子能夠?qū)ψ孕迯?fù)效應(yīng)起到顯著的促進作用。

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(shè)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(guān)系，實現(xiàn)材料抗拉又抗壓，從而提高材料整體的力學(xué)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(xué)與力學(xué)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(shè)計原則。