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维普资讯 叠层状复合材料 的研究进展 ／关春龙等 ·49· 叠层状复合材料的研究进展 关春龙 赫晓东 李 盎 (哈尔滨工业大学复合材料研究所 ，哈尔滨 150001) 摘要 以贝壳珍珠层为例，简要介绍 了天然叠层状生物材料 的结构特征 ，并针对叠层状仿生材料的设计原理、 制备技术及其研究现状等方面加 以综述。 关键词 珍珠层 叠层 仿生 ResearchStatusofLaminatedComposites GUAN Chunlong HEXiaodong LIYao (CenterforCompositeMaterials，HarbinInstituteofTechnology，Harbin150001) Abstract Structurecharacteristicsoflaminatedcompositesinnaturesuchasnacrearedescribedbrieflyin thispaper．Thedesignprinciples，fabricatingtechnologiesandthemainresearchstatusoflaminatedcompositesate reviewed． Keywords nacre，laminated，biomimetic 小一般为2～lO~／m。晶片在横向排列最终形成珍珠层的微层，其 0 引言 厚度约为 0．5～O．7m。纵向晶片相互层叠堆垛，形成排列整齐 自然界的生物材料具有复杂的结构，经过亿万年的自然选 有规律的砖墙结构。在微层之间是有机物质(厚度约为3Ohm)， 择与进化，最终形成了天然合理的结构，且具有优异的性能。例 将微层粘接起来 。结构示意图如图1所示。 如竹子 以管式纤维构成，外密内疏并呈反螺旋形排列，是天然的 纤维复合材料。即使是 以陶瓷相为主的天然生物硬组织，其亦具 有很高的断裂韧性。以贝壳中的珍珠层为例，其无机质霰石含量 达 95 ，近 5 的有机质将不同尺寸的霰石晶片按特殊的层状 结构粘接起来，形成了层状复合材料，其断裂韧性 比纯霰石高出 3000倍以上。因此，受贝壳珍珠层的启发，2O世纪9O年代起，西 方国家开始致力于叠层状材料的研究_1]。本文将从叠层状复合 材料的体系选择、制备技术以及研究现状等方面加以介绍。 图1 贝壳珍珠层结构示意图 1 天然层状复合材料的结构特征及其仿生结 1．2 仿生结构构想 构构想 由以上的介绍可知，贝壳珍珠层是 由无机质多边形霰石晶 1．1 结构特征 片组成的微层，被有机质粘接在一起层叠排列而成。研究表 明， 以贝壳珍珠层为例来说明天然叠层状复合材料的结构特 就是这一层极薄(30~50nm)的蛋白质一多糖有机物质提供给贝 点。珍珠层是软体动物贝壳中普遍存在的一种结构形式。虽然由 壳珍珠层很高的韧性。当贝壳珍珠层发生断裂时，裂纹在脆性的 近 95 无机质霰石晶片和近 5 有机质组成具有层状结构的单 霰石相中易于扩展，当裂纹遇到这层极薄的有机质时，便会受到 元，却因为结构优美且具有