如何匹敌自然之力制备出性能优良的质轻结构材料？

材料牛注：大自然自有其非凡的魅力，在自然环境下，室温条件下便可以形成具有高强度，良好韧性，质量轻的结构材料。而人工合成则需要在苛刻的高温条件下才能实现的。近期，在如何制备出性能优良的质轻结构材料方面取得了一些进展。

在自然界中，树木、贝壳及其他结构材料有着质量轻、强度高、韧性好等优点。很显而易见，这些材料是在自然环境室温条件下形成的，并不似人工合成的结构材料通常需要在高温下方可加工成型。即便是结构相似的材料也难以人工合成。在 Nature Materials的一篇综述中，某一研究团队对一系列天然结构材料的共同设计图进行了评估，并确定了怎样才能设计和制造能够模拟自然的结构。他们认为接下来的挑战主要是对强度和韧性的综合表征以确定其潜在的多尺度机制。

先进质轻结构材料广泛用于交通运输、建筑、电池和能量转换等各个领域。上述这一评估为其设计原理提供了新的灵感和理解。它将为先进质轻结构材料提供更高效的合成方法。

在自然界中，许多结构材料（木材、贝壳、骨头等）均是由简单成分组成的复合材料。它们通常是在环境温度下组装而成，具有优异的性能。尽管组成材料本身具有较差的内在特性，但是由于复杂分层结构中硬相和软相重排，从而使得复合材料表现出优异的外在特性，其尺寸从纳米尺寸跨越到宏观尺寸。

综述作者确定了在仿生材料领域的两项基本挑战：（1）在更广泛的材料组合中寻找如何充分利用大自然设计图案的方法；（2）寻找制造强度高、韧性好材料的实际方法，如先进的增材制造技术（3D打印）和铸造技术。

原文链接：How we are matching–or exceeding–nature's ability to make strong, tough lightweight structural materials

本文由材料人糯米糯米提供素材，赵瑾编译。