身穿“盔甲”的甲殼蟲其實身輕如燕

材料牛注：甲殼蟲的外骨骼由直徑約20納米的甲殼素纖維所組成，具有質量輕、強度高的特點，內布拉斯加大學林肯分校的研究者發現了一種分析纖維狀納米結構的方法，為揭示外骨骼的納米級結構和納米纖維的材料性能，盡而制造仿生材料做出了重大貢獻！

在人們眼中，身穿盔甲的甲殼蟲如同中世紀的騎士和烏龜一樣笨重。事實上，那些保護精致翅膀的硬殼非常輕，以至于它們飛行時，不費吹灰之力。人們發現，如果更好地了解甲殼蟲外骨骼的結構和性能，將有助于科學家設計質量更輕，強度更高的材料。這種材料可以減小汽車和飛機的耗油阻力以及裝甲的重量，減輕這些“21世紀騎士”的負擔。

但是想在納米尺度上揭示外骨骼的結構是很困難的。幸運的是，內布拉斯加州的機械和材料工程助理教授Ruiguo Yang和他的同事發現了一種分析纖維狀納米結構的方法。最近，他們的研究成果登上了Advanced Functional Materials的封面。研究表明，輕質外骨骼由直徑約20納米的甲殼素纖維所組成（人類頭發的直徑約75,000納米），該纖維通過塞積堆疊形成螺旋樓梯一樣扭曲的層，這樣的納米結構被人們稱為Bouligand，進而為外骨骼結構的分析增加了難度。

Yang和他的團隊開發了一種切割螺旋的方法，使不同取向纖維橫截面的表面裸露出來。從這個觀點看，研究人員能夠借助原子力顯微鏡分析纖維的機械性能。這種類型的顯微鏡對測試樣品施加微小的力，使樣品變形并監測樣品的響應。結合實驗過程和理論分析，研究人員能夠如愿地揭示外骨骼的納米級結構和納米纖維的材料性能。

Yang說他們的實驗結果是從美國西部常見的金屬綠色土產甲殼蟲Cotinis mutabilis上得到的，但該技術可以用于其他甲殼蟲和硬殼生物，也可以延伸到具有纖維結構的人造材料。通過比較對其外骨骼有不同需求的甲蟲，例如防御捕食者或環境損害，可以更好地理解生物進化的理論以及其結構特征與性質之間的關系。

原文鏈接：Scientists Decipher the Nanoscale Architecture of a Beetle's Shell

本文由材料人編輯部丁菲菲提供素材，薛愛堂編譯，牛蕾審核，點我加入材料人編輯部。

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