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140AII33000 呆萌可愛的大熊貓，曾是食肉動(dòng)物，經(jīng)長期進(jìn)化后才成為“素食者”。表面寬闊和鋒利堅(jiān)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(shí)驗(yàn)室劉增乾博士帶領(lǐng)研究團(tuán)隊(duì)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(qiáng)高導(dǎo)電接觸材料等方面研究取得新進(jìn)展。
牙齒，是動(dòng)物天生的進(jìn)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(diǎn)研究對(duì)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(jī)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(jiān)固森林”，而有機(jī)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(dòng)回復(fù)，微觀上都是通過這種微小的縫隙實(shí)現(xiàn)。
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據(jù)介紹，熊貓牙釉質(zhì)界面中的天然有機(jī)質(zhì)，在水合條件下會(huì)發(fā)生溶脹，進(jìn)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(shí)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(jìn)作用。
研究團(tuán)隊(duì)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(jì)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(shí)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(shí)現(xiàn)進(jìn)攻與防護(hù)效果的性能優(yōu)化機(jī)理，從而提煉出共性的仿生材料設(shè)計(jì)原則。
