自然材料中复杂的微纳结构间存在力学协同作用，组成的合座结构对生物体相宜环境具有紧迫真理。行为经典模子，墨鱼骨具有“刚性空腔-隔板”的合座结构开云官网切尔西赞助商，大要承受来自深海的巨洪水压。在外部载荷作用下，隔板不错散播应力，刚性空腔不错通过充分落空吸能，权贵提高材料的损害容限和能量收受性能，幸免祸殃性防碍。可是，何如调控微纳构筑基元的有序排布，达成仿生结构材料中不同微纳基本结构的合座同步拼装极具挑战性。

近日，中国科学技巧大学俞书宏院士团队报谈了一种欺诈预设异种微纳结构的进行拼装的新策略，受自然墨鱼骨“刚性空腔-隔板”层状有序结构的启发（图1a），达成了仿墨鱼骨结构材料（以下简称：RCWSM）的跨圭臬一体化构筑。RCWSM具有与自然墨鱼骨一样的微纳圭臬“刚性空腔-隔板”结构，比强度和比能量收受性能优于传统吸能材料。干系商讨后果于2025年1月2日以“Multiscale integral synchronous assembly of cuttlebone-inspired structural materials by predesigned hydrogels”为题发表在Nature Communications杂志上（Nat. Commun.2025,16, 62），中国科大博士后杨怀斌，博士生路怡星、岳鑫为共同第一作家，合肥微圭臬物资国度商讨中心管庆方副商讨员和俞书宏院士为通信作家。

图1.仿墨鱼骨结构材料（RCWSM）的计划制备、里面微纳结构与构筑基元间相互作用。

为了达成RCWSM的构筑，商讨东谈主员计划了两种不同结构的水凝胶：经受名义氨基化的绢云母微米片与羧基化纤维素纳米纤维，钙离子交联后造成水凝胶构筑隔板层；采用空腹玻璃微球和聚乙烯醇、季铵化纤维素纳米纤维原位拼装，造成具有刚性空腔结构的水凝胶行为刚性空腔层，并将两种不同微纳结构的水凝胶进行层层交叠拼装（图1b）。通过外力带领拼装脱水，被包裹在纤维素纳米纤维汇麇集的绢云母片发生抽象化拼装堆叠，造成具有砖泥结构的隔板层；被包裹在聚乙烯醇/纤维素纳米纤维汇麇集的空腹玻璃微珠抽象堆积，同步造成了刚性空腔层，由此达成了“刚性空腔-隔板”结构的制备（图1c）。在材料里面，构筑基元之间通过氢键、名义共价作用和电荷相互作用等多重相互作用达成了紧密兼并（图1d）。

图2.RCWSM与三明治结构（SSM）材料的失效活动对比，以及RCWSM与其他传统吸能材料的密度、比强度和比能量收受对比。

商讨戒指标明，仿墨鱼骨“刚性空腔-隔板”结构具有邃密的应力散播效果，隔板层有助于合座结构在受压情景下保抓邃密的雄厚性（图2a,b）。在准静态压缩应力下，隔板层大要散播应力使得刚性空腔层优先发生落空抽象化失效；当浩大抽象化区产生后，隔板层才会发生断裂，直至合座结构充分塌陷。因此，RCWSM在受压历程中产生雄厚的非挤出失效，促使预设的空腔结构充分落空收受能量，进一步擢升材料的力学性能和能量收受性能（图2c）。同期，“刚性空腔-隔板”结构还具有抗裂纹膨大效果，能有用幸免材料短暂失效（图2d,e）。RCWSM的上述失效活动与自然墨鱼骨近似，具有优于其他传统吸能材料的比强度和比能量收受（图2f,g），而且大要在高速冲击下收受能量。通过预制异种结构水凝胶，达成仿生结构材料的跨圭臬一体化拼装，为复杂仿生结构的集成拼装提供了新念念路，为研发面向重格式域应用的轻质高强吸能留神材料的计划具有带领真理。

该商讨获取了中国科学院计谋性先导商讨规划、国度要点研发规划、国度当然科学基金、安徽省要紧基础商讨规划、安徽省越过后生科学基金和新基石商讨员等资助。

论文聚合：https://www.nature.com/articles/s41467-024-55344-1

起首：中科大

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