螳螂虾启发的超强材料
材料牛注：海洋中最猛烈的战斗者之一，可能成为飞机和橄榄球头盔新一代强力材料的灵感来源。加州大学河滨分校（UCR）的研究人员发现了一种独特的结构，它包裹着螳螂虾的虾钳，以保护虾钳在夹碎带有坚硬外壳的猎物时不受到损伤。这一发现可以用于研发航天和体育行业的超强材料。
螳螂虾或者口角鲨是侵略性的甲壳类动物，以动物王国中速度最快的掠食性动物而闻名。虾被划分为“矛”，使用鱼叉状结构攻击软体猎物，使用被称为趾钳的锤状附肢压碎硬壳猎物。
研究人员之前发现，趾钳是一种由矿物质几丁质组成的多区域复合材料，这种复合材料是在昆虫和甲壳类动物壳中发现的相同材料，排列成许多独特的结构。
虾钳的外部作为坚硬的抗裂涂层，使螳螂虾在冲击时转移动量，从而对其猎物造成伤害。
虾钳的内部包括周期性区域，一个能量吸收结构，沿着一系列长螺旋纤维和横纹区域消散裂缝，横纹区域包括一系列高度对齐的纤维，环绕虾钳并阻止其扩张。
“我们相信纤维增强的条纹区域在趾钳中的作用就像拳击手在战斗中使用的绑手带一样——压缩虾钳并防止灾难性的开裂，”新能源系的Winston Chung教授在一份声明中说道，“冲击区，周期性条纹区形成一个令人难以置信的强度、耐久性和抗冲击组合。”
据Kisailus称，在矛身上可以看到类似的条纹建筑元素，据说这可以防止在穿透性的打击中产生长而细的倒钩变形。这可能使最近发展起来的破碎机及其生物锤的变得多样化，与硬壳猎物的出现以及更复杂的防御相吻合。
粉碎机以高达每秒23米的速度进行水下快速攻击，从而对水进行剪切，产生内爆气泡，对目标造成次要伤害。俱乐部的形象，连同被称为掌节的相邻区域，是流体泪滴设计，减少了阻力。
Kisailus说：“有意思的是，空气动力学自行车头盔和高尔夫球杆已经包含了这种设计，这表明大自然在实现高性能结构方面领先一步。自然界可以提供更多的设计线索，使我们能够开发高性能的合成材料。”
研究小组还在螳螂的胫骨中发现了一个类似的结构，表明生物学利用了类似功能的设计。
这项研究已经发表在期刊Advanced Materials上。
原文链接：Mantis Shrimp Inspire New Ultra-Strong Materials
文献链接：Ecologically Driven Ultrastructural and Hydrodynamic Designs in Stomatopod Cuticles
本文由材料人编辑部黄亚编译，点我加入材料人编辑部。
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