用扫描电子显微镜得到的帽贝牙齿的图像。（来源：普茨茅斯大学）

据国外科技媒体本周报道：一项新的研究指出，帽贝牙齿可能是人类迄今所知的最坚固的天然材料。普茨茅斯大学的研究人员发现一种称为帽贝的微小水生动物－一种具有蜗牛般圆锥壳的生物－具有异常坚固的牙齿。

如果可以模仿帽贝牙齿的生物结构，这将可以帮助制造最坚固的飞机、汽车和轮船。在原子力显微镜的帮助下，研究人员研究了在原子尺度下帽贝牙齿的机械性能。

该研究是在普茨茅斯大学工程学院Asa Barber教授的带领下完成的。他发现帽贝牙齿包含一种叫针铁矿的矿物质，这种矿物质是在帽贝生长过程中形成的。

 

“自然是优良机械性能结构的灵感源泉。我们周围所有的事物，例如树、海洋生物的壳和帽贝的牙齿，都进化为对其非常有效的结构。

迄今为止我们认为蜘蛛丝是最坚固的生物材料，因为它的结构非常坚固，而且具有广泛的应用，包括防弹背心、计算机电子芯片等。但是现在，我们发现帽贝牙齿具有更高的强度。“

Asa Barber教授

普茨茅斯大学工程学院

 

经研究证实，不论帽贝牙齿的尺寸如何，其强度是一个常数。由Barber教授测试的材料是人的头发直径的百分之一。而且用于测试该样品的方法最近才被发现。

Barber教授表明，“帽贝需要高强度的牙齿来锉磨岩石表面，以便于在有潮水的时候能获得岩石表面藻类来进食。”他继续介绍道，研究团队发现蜘蛛丝纤维的尺寸对于制备高强度复合物结构是最合适的。

研究人员相信，帽贝牙齿的纤维结构可以被人类模仿，进而可用于高性能工程，例如一级方程式赛车、游艇船体和飞机结构。Barber教授说，“工程师总是对提高结构强度，强化材料性能或使其轻量化感兴趣，因为这样可以减少材料的使用量。”

上面的视频展示的是帽贝在自己的领土摄食。这些领土通常非常小，仅仅几平方厘米，而且在它们返回静止位置前，会在该位置进食。然而，也有一些帽贝会到更远的地方摄食。

大型结构往往比小型结构更易拥有许多结构性的缺陷和裂缝。Barber表明问题的关键是大多数结构不得不拥有大的尺寸，这也导致了这些结构非常脆弱。然而，帽贝牙齿并不遵守这样的规则，因为无论它具有什么尺寸，其坚硬程度并不会发生改变。

该研究是“生物启发”一个非常好的例子，也为我们发现自然界本就存在的完美结构设计以及模仿这些结构提供了很好的例子。

该研究发表在英国皇家学会会刊《界面》上。

 

“测试方法是非常重要的，因为我们需要将帽贝牙齿破碎。帽贝牙齿虽然不到一毫米长，但却是曲线型的，因此强度由形状和材料两方面决定。我们仅仅希望了解材料强度，因此我们需要从牙齿材料上取下一小部分用于研究。

当我们设计新的结构时，生物能给予我们非常多的启发，也将指引我们用更多时间来继续发现。”

Asa Barber教授

普茨茅斯大学工程学院

 

新材料在线编译整理—— 翻译：杨超