从碳酸钙到陶瓷，微结构研究发现脆性材料高、强、韧的另一面！

　　最近的物理学网站(phys.org)发表了一篇由美国国家科学院供稿的研究成果，关于碳酸钙等脆性材料在应力作用下的行为，从而开发出可应用于航空航天的包括泡沫陶瓷在内的结构材料。

　　粉笔是典型的碳酸钙制品，脆性大，易断裂;而像墨鱼骨等许多海洋生物结构材料同样是碳酸钙为主要成分，但却具备轻量化、坚固、高韧的优异特性。李凌(Ling Li)教授带领研究团队重点研究了墨鱼骨的内部微结构，发现其具备特有的空腔间隔优化结构。也正是这种结构，使墨鱼骨很轻便，并且可以通过调整气体和水分比例，下潜深达600米之多而仍能承受其高压。

　　研究团队利用阿贡国家实验室的高强X射线照射墨鱼骨并生成高分辨图像，基于同步加速器的微型计算机断层摄影对其微结构三维表征，并对墨鱼骨进行压缩试验，研究其载荷下的完全变形和断裂过程，从而揭示了墨鱼骨的空腔间隔优化结构的刚度和损伤极限等的设计。

　　区别于夹层结构，墨鱼骨的微结构显示由波纹梯度的波浪形“墙壁”支撑，而不是支柱支撑，也正是因此，墨鱼在受到猎食动物攻击时，不会瞬间遭遇灾难性的后果，为自己争取更多逃命的机会。这种微结构受力破裂伴随着致密化过程，受损腔体压实可以吸收大量机械能，从而保护其他腔体的完整。墨鱼骨的优化之处还在于，它平衡了刚度和能量吸收的最佳平衡点，避免了刚性过低或结构过于脆弱的尴尬。而这样的结构在开发航空航天耐高温泡沫陶瓷材料上很有帮助，毕竟陶瓷的化学稳定性、熔点都使其更具备应用潜力。

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