在自然界中，生命体经过调理无机矿藏的构成，发明了许多具有层次结构的生物资料。一些典型的生物矿化资料，如骨骼、牙齿和珍珠层，经过强相互效果将硬质的无机矿藏和柔软的有机基质准确地组合在一起，构成了具有有序层次结构的有机-无机纳米复合资料，这些天然生物资猜中构件块的取向摆放对其优异的机械功能起着关键效果。但是，关于现在的仿生资料而言，有机-无机异质结构一般均匀性差、界面结合力弱以及存在各种缺点，然后约束了此类资料在强度和耐性方面的打破。因而，准确规划每个层次的结构、软相和硬相构件块之间的结构耦合以及消除缺点关于构建仿生复合资料至关重要，现在仍然是一项巨大的应战。

  近来，华南理工大学钟林新教授、彭新文教授课题组报导了一种具有高密度交联界面的仿生纳米复合资料，有机-无机异质结构从纳米到微观的高度集成，有用处理了有机-无机复合资猜中存在的相别离和界面缺点问题，然后显着提高了资料的机械强度和耐性。该研讨成果以“Ultra-strong and transparent biomimetic nanocomposite through orientation effects and in-situ biomineralization”为题宣布在世界学术期刊《Advanced Functional Materials》。该论文的榜首作者是华南理工大学轻工科学与工程学院博士生赵轩。

  在这项作业中，研讨人员结合取向效应和原位生物矿化效果，准确地规划了每个层次的结构，然后构建了一种超强、通明的仿生纳米复合资料。因为其共同的结构特性，该纳米复合资料显现出超高的拉伸功能和各向异性的光学特性。该作业有望为高功能生物矿化资料的规划供给从结构耦合到准确操控界面、微观结构的新知道与新途径。

  经过细菌纤维素（BC）纳米纤维的长程取向效应引导无定形磷酸钙离子低聚物（CPO）中心相在纳米纤维之间的高度交融，明显消除了各种缺点，促进了多标准界面结合，添加了有机基质的结晶尺度。随后，经过热处理原位诱导亚稳态CPO向羟基磷灰石（HAP）晶体矿化，将有机-无机界面牢固地交融在一起，构成了接连均匀的高度全体结构。纳米复合膜显现出各向异性特征，BC纳米纤维的取向因子高达0.82，证明了其在纳米复合膜中高度有序摆放。

  为了研讨有机-无机相的有用耦合和有序层次结构对纳米复合膜力学功能的影响，凭借有限元模仿和分子动力学模仿对纳米复合膜的开裂机制进行了深入分析。密布堆叠的有序结构按捺了裂纹的横向成长，使裂纹偏转到薄膜的纵向。裂纹在这些堆叠层的界面处沿杂乱途径传达，导致锯齿形裂纹偏转、分支和长程裂纹扩展，耗散了很多的能量，大幅度的提升了纳米复合膜的强度和耐性。此外，HAP结晶的构成和纤维素晶体尺度的添加导致了长程应力传递，然后增强了纳米复合膜的力学功能。纳米复合膜具有超高的强度，拉伸应力达1168.1 ±10.2 MPa，耐性高达34.1 ± 0.8 MJ m−3，逾越了现在其他已报导的仿生矿化资料。

  该作业还展现了这种超强、高通明的各向异性纳米复合薄膜在光学、传感和生物医学等范畴的潜在使用。

  图6粗纤维的力学功能、织造功能和生物相容性，显现了其在生物医学范畴的使用潜力

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