受海膽刺結構啟發的新型水泥硬度堪比鋼！性能提升40-100倍

導語：對科學家和工程師們來說，自然界是一個永恆的靈感來源。近期，一個來自德國的研究團隊公布了一項源於生物的創新，他們受海膽刺中納米結構的啟迪而開發出了新型的強力水泥。

圖|對海膽刺結構的研究啟發了研究人員，他們由此找到了一種方法，來製造一種更靈活的新型水泥。（來源：康斯坦茨大學）

該團隊主要受到海膽刺結構的良好彈性的啟發，而海膽體刺主要由一種稱為方解石的脆性材料組成。雖然方解石本身很脆，但由於海膽刺在納米層面上有一種實體結構，這種體刺還是非常堅韌的。

海膽刺如此強硬，這是因為方解石結晶塊被一層較軟的碳酸鈣結構包圍著。這意味著當方解石開裂時，能量會移向碳酸鈣軟層，從而防止進一步的開裂。

把這個原理應用於製造水泥的難點在於：水泥是一個更混亂的結構。研究小組負責人Helmut C?lfen說，他們必須找到一種能產生「納米級抗斷裂性」的方法。

為此，研究人員們發現了一種只粘附在水泥顆粒上的材料，實現了關鍵技術的突破。在水泥中添加這種材料能在納米尺度上將這種實體效果完美移植到水泥內。測試結果顯示，要想開發出納米結構的水泥並使其具備最佳性能，最合適的是微粒量含有十個帶負電肽的組合。

在使用電子顯微鏡分析、測試最終得到的優化水泥後，研究團隊計算出它具有高達200兆帕斯卡的抗裂強度，這已經接近鋼的強度了。

圖|在掃描電子顯微鏡下對新型水泥進行彎曲實驗，放大2000倍（來源：康斯坦茨大學）

最終該研究的結論是：用這種新型水泥能夠製成比目前水平強40至100倍的混凝土。

正如C?lfen所說，「新研發出的這款水泥具有迄今為止無可匹及的抗斷裂能力，這將為我們之後建造建築提供全新的可能性」。同時，此次將看似毫無關聯的兩者進行仿生研究的思路與方法，也為歷史悠久的仿生學注入了新的活力，作為開闢新技術的有力工具，仿生學也已經與納米生物技術、生物計算、DNA計算機技術等現代各學科交織，進入了一個嶄新的時代。

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翻譯：褚茗帆

編輯：星亦

審校：Soybean

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