牙齒還能用來造飛機?
在災難性大片中,恐龍承載了人類對遠古時代生物的所有恐懼。它們以其獨特的身形,龐大的體積,猙獰的面孔,成為人類產生恐懼幻想的寄托物種。一張嘴就能吞下一輛車,連嚼帶咽不過幾分鐘。
這樣的獠牙,已經夠瘆人
……
如果你能變異出一副恐龍的牙齒,那么你可能馬上就會被X戰警召喚走。
不過,最新科學研究表明,你的牙齒和遠古時代恐龍的牙齒在構造上其實沒有什么兩樣,除了體積縮水外。而科學家最近又有了一個新發現,可以從牙齒上學習制作更好的飛機材料。
密歇根大學工程學院的教授尼古拉斯·科托夫(Nicholas Kotov)和博士后研究員班君·連姆(Bongjun Yeom)日前在《自然》雜志上發表了一篇關于“牙釉質”的潛在深遠應用的研究。該研究認為,牙釉質是一種不可多得的工業制作材料。
科托夫教授解釋道:“活生物體的演化給生物復合材料的生產帶來很多靈感,使得它們的制作經常優于制造工業材料。科學家成功地創造了‘人造牙釉質’,或者更確切地說是納米復合材料,其機械性能復制了牙釉質,其中最明顯的是強度和硬度。”
這種超強的“人工牙釉質”的一個應用方向就是用來制造更強的飛機機身,用以更好地承受飛機遇到的震動和壓力。
牙釉質作為牙齒的最外層,是哺乳動物身體上最堅硬的組織,足以抵抗我們牙齒每天數以萬計的震動。
無論是遠古時期的霸王龍,海洋深處的海象海膽,還是現在生存在地球上的人類,其牙釉質都共享著類似的結構。在生物不斷演化變遷的過程中,牙釉質的結構經受住了時間的考驗。在微觀水平上,牙釉質由硬的陶瓷晶體柱組成,它被軟的有機蛋白包圍。
當壓力通過咀嚼或咬合施加在牙齒上時,那些晶體柱會被壓縮和彎曲,同時也摩擦著周圍的軟蛋白質。這些軟蛋白質材料再通過吸收振動能量來保護牙齒結構不受損害。
科托夫教授的團隊通過在芯片上增加氧化鋅納米線來創造“人工牙釉質”。他在納米線上層疊兩種聚合物,再旋轉芯片來鋪展液體并烘烤,這樣可以讓塑料固化。值得注意的是,在聚合物和陶瓷之間,即使是納米級的間隙也會降低材料和摩擦的強度,所以要進行精細的分層確保表面完全咬合。
科托夫教授在接受采訪時說到:“生物材料奇妙的機械性能來自于其軟結構對硬結構在大分子和納米級層面上的適應,反過來也是如此。”
實現量產還需時日
如此看來“人工牙釉質” 可能是目前制作飛機機身與汽車底盤金屬材料的最好替代品。研究人員表示,這種生物復合材料不僅更輕,還能承受金屬在飛行過程中產生的持續振動和壓力,抵抗膨脹和壓縮。此外,人工牙釉質還可以制作火箭中的電子電路,但它必須承受極端的震動和重力作用。
然而,即使“人工牙釉質”的商業應用前景相當光明,但科托夫和他的團隊亟需找到一個很好的方式來實現量產。
首先,它需要建立40層的“人造牙釉質”一微米搪瓷狀結構。其次,工作人員要再鋪設另一層氧化鋅納米線并填充40層的聚合物,整個過程要重復20次。這兩步對于科學家及制作人員來說實現難度非常大且費時費力,成本當然可以想象。
不過,隨著實驗的繼續和研究的深入,還是可以期待一下坐著“牙齒”上天的那一刻。
來源:利貞鋼鐵
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