身穿“盔甲”的甲壳虫其实身轻如燕

材料牛注：甲壳虫的外骨骼由直径约20纳米的甲壳素纤维所组成，具有质量轻、强度高的特点，内布拉斯加大学林肯分校的研究者发现了一种分析纤维状纳米结构的方法，为揭示外骨骼的纳米级结构和纳米纤维的材料性能，尽而制造仿生材料做出了重大贡献！

在人们眼中，身穿盔甲的甲壳虫如同中世纪的骑士和乌龟一样笨重。事实上，那些保护精致翅膀的硬壳非常轻，以至于它们飞行时，不费吹灰之力。人们发现，如果更好地了解甲壳虫外骨骼的结构和性能，将有助于科学家设计质量更轻，强度更高的材料。这种材料可以减小汽车和飞机的耗油阻力以及装甲的重量，减轻这些“21世纪骑士”的负担。

但是想在纳米尺度上揭示外骨骼的结构是很困难的。幸运的是，内布拉斯加州的机械和材料工程助理教授Ruiguo Yang和他的同事发现了一种分析纤维状纳米结构的方法。最近，他们的研究成果登上了Advanced Functional Materials的封面。研究表明，轻质外骨骼由直径约20纳米的甲壳素纤维所组成（人类头发的直径约75,000纳米），该纤维通过塞积堆叠形成螺旋楼梯一样扭曲的层，这样的纳米结构被人们称为Bouligand，进而为外骨骼结构的分析增加了难度。

Yang和他的团队开发了一种切割螺旋的方法，使不同取向纤维横截面的表面裸露出来。从这个观点看，研究人员能够借助原子力显微镜分析纤维的机械性能。这种类型的显微镜对测试样品施加微小的力，使样品变形并监测样品的响应。结合实验过程和理论分析，研究人员能够如愿地揭示外骨骼的纳米级结构和纳米纤维的材料性能。

Yang说他们的实验结果是从美国西部常见的金属绿色土产甲壳虫Cotinis mutabilis上得到的，但该技术可以用于其他甲壳虫和硬壳生物，也可以延伸到具有纤维结构的人造材料。通过比较对其外骨骼有不同需求的甲虫，例如防御捕食者或环境损害，可以更好地理解生物进化的理论以及其结构特征与性质之间的关系。

原文链接：Scientists Decipher the Nanoscale Architecture of a Beetle's Shell

本文由材料人编辑部丁菲菲提供素材，薛爱堂编译，牛蕾审核，点我加入材料人编辑部。

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