微型防火盾

微观防火墙科学家合成类珠母贝涂层来加强金属薄片的隔热作用。生物材料具有吸引力,是因为它们非常轻,并且具有抵抗极端力的能力。由于薄片形状碳酸钙晶体的多层排列(“砖”)和以“砖墙”形式的蛋白质(“砂浆”)的存在,珠母贝的表层相当坚固。以Andreas Walther和Olli Ikkala为首的芬兰和瑞典的合作团队现在已经研发出一种类珠母贝的材料,其机械性能胜过某些高强度聚合物材料。此外在科学家最近发表的工作中,这种材料还被用作热盾。

人们对结实的仿生材料及其在施工和涂料中的应用非常感兴趣。Ikkala 说道:“在以前甚至很难获得较大尺寸的样品,大规模生产更是完全不可能。”来自Aalto大学(University of Aalto)和瑞典皇家理工学院(Royal Institute of Technology)的团队最近研发了一种类似造纸的简单、快速的生产方法,这种方法环保并且廉价,可用于生产超薄的金属薄片、板层和类珠母贝的涂层。所得薄膜的尺寸可达到预期的要求,并且具有优异的机械性能。

如同真正的珠母贝一样,这类仿生材料像砖墙一样同时具有“坚硬”和“柔性”的结构:“砖”由涂有柔性聚合物的硬质粘土小片组成。硬质成分作为一种支撑和加固构件;而柔性链段是一种有效的粘合剂,并且可缓冲能量。在该文章,研究者对这类材料进行了进一步的改善:研究人员采用带正电荷的聚合物来涂覆硅片。通过选择带负电荷、特定的反离子,他们可得到机械性能可控的高度透明的柔性薄膜。由于聚阳离子与硅片之间的结合力会随着电荷的增加而增加,从而增强材料弹性和拉伸强度。

这种新型的类珠母贝材料还有一个特别吸引人的特性:当材料暴露于火焰中时,其中嵌入的聚合物将燃烧,从而形成一种内部多孔外部坚硬的材料。这种构造可以像热盾一样提供有效的隔热和防火功能。Walther说道:“我们新的材料具有作为防火涂层或作为防火或隔热薄膜组分的潜能,它们的轻质使其尤其适合应用在航海和航空领域中。”

A. Walther et al., Angew. Chem. Int. Ed. 2010; DOI: 10.1002/anie.201001577.