螳螂蝦啟發的超強材料
材料牛注：海洋中最猛烈的戰斗者之一，可能成為飛機和橄欖球頭盔新一代強力材料的靈感來源。加州大學河濱分校（UCR）的研究人員發現了一種獨特的結構，它包裹著螳螂蝦的蝦鉗，以保護蝦鉗在夾碎帶有堅硬外殼的獵物時不受到損傷。這一發現可以用于研發航天和體育行業的超強材料。
螳螂蝦或者口角鯊是侵略性的甲殼類動物，以動物王國中速度最快的掠食性動物而聞名。蝦被劃分為“矛”，使用魚叉狀結構攻擊軟體獵物，使用被稱為趾鉗的錘狀附肢壓碎硬殼獵物。
研究人員之前發現，趾鉗是一種由礦物質幾丁質組成的多區域復合材料，這種復合材料是在昆蟲和甲殼類動物殼中發現的相同材料，排列成許多獨特的結構。
蝦鉗的外部作為堅硬的抗裂涂層，使螳螂蝦在沖擊時轉移動量，從而對其獵物造成傷害。
蝦鉗的內部包括周期性區域，一個能量吸收結構，沿著一系列長螺旋纖維和橫紋區域消散裂縫，橫紋區域包括一系列高度對齊的纖維，環繞蝦鉗并阻止其擴張。
“我們相信纖維增強的條紋區域在趾鉗中的作用就像拳擊手在戰斗中使用的綁手帶一樣——壓縮蝦鉗并防止災難性的開裂，”新能源系的Winston Chung教授在一份聲明中說道，“沖擊區，周期性條紋區形成一個令人難以置信的強度、耐久性和抗沖擊組合。”
據Kisailus稱，在矛身上可以看到類似的條紋建筑元素，據說這可以防止在穿透性的打擊中產生長而細的倒鉤變形。這可能使最近發展起來的破碎機及其生物錘的變得多樣化，與硬殼獵物的出現以及更復雜的防御相吻合。
粉碎機以高達每秒23米的速度進行水下快速攻擊，從而對水進行剪切，產生內爆氣泡，對目標造成次要傷害。俱樂部的形象，連同被稱為掌節的相鄰區域，是流體淚滴設計，減少了阻力。
Kisailus說：“有意思的是，空氣動力學自行車頭盔和高爾夫球桿已經包含了這種設計，這表明大自然在實現高性能結構方面領先一步。自然界可以提供更多的設計線索，使我們能夠開發高性能的合成材料。”
研究小組還在螳螂的脛骨中發現了一個類似的結構，表明生物學利用了類似功能的設計。
這項研究已經發表在期刊Advanced Materials上。
原文鏈接：Mantis Shrimp Inspire New Ultra-Strong Materials
文獻鏈接：Ecologically Driven Ultrastructural and Hydrodynamic Designs in Stomatopod Cuticles
本文由材料人編輯部黃亞編譯，點我加入材料人編輯部。
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