瑞士聯(lián)邦理工大學(xué)(ETH)科學(xué)家最近開發(fā)出一種新工藝,能近乎完美地模仿天然牙齒或貝殼的結(jié)構(gòu),造出可媲美天然產(chǎn)品性質(zhì)的多層材料。
在自然界,很少有材料比牙齒或貝殼更堅硬耐久,秘密在于這些材料獨特的精細結(jié)構(gòu):由不同的層組成,每一層有數(shù)不清的微小片狀結(jié)構(gòu),并按相同方向整齊地連接在一起??茖W(xué)家雖能仿造珍珠母,但要造出具有相同微觀結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的材料還很困難。
物理學(xué)家組織網(wǎng)28日(北京時間)報道,ETH復(fù)雜材料學(xué)教授安德烈·斯圖爾特帶領(lǐng)的團隊將這種工藝稱為“磁輔助滑澆鑄(MASC)”,先造出一個石膏鑄模,然后在模子里注入含有磁性陶瓷小片(如氧化鋁片)的懸浮劑,石膏模上的孔會慢慢吸收懸浮液中的液體,使材料從外到內(nèi)逐漸凝固變硬。
在澆鑄過程中施加磁場,造出一種類層狀結(jié)構(gòu),能按一定間隔改變陶瓷片方向。改變懸浮液成分和小片的方向,還能連續(xù)地造出多層結(jié)構(gòu),每層的材料性質(zhì)還可以不同。
這種工藝能造出復(fù)雜的材料,近乎完美地模仿珍珠母或牙釉質(zhì)等天然產(chǎn)品。“我們的技術(shù)就像3D打印,但速度要快10倍,而且成本效益更高。”論文合著者、團隊博士后弗洛里安·博維利說。
為了展示新技術(shù)的潛力,斯圖爾特團隊造出了一顆人造牙,有著天然牙齒的微觀結(jié)構(gòu),表面像真牙一樣硬,表層以下則比較軟。斯圖爾特說:“人造牙的硬度和韌性結(jié)構(gòu)都非常符合天然牙齒。”
斯圖爾特指出,目前的研究還只是證明在實驗室里能造出牙齒的天然精細結(jié)構(gòu),人們能在一定程度上控制材料組成的微觀結(jié)構(gòu)。如果用作假牙,這種材料的外觀還要大大改進。新工藝中的陶瓷片磁化和定向已經(jīng)取得專利。
除此之外,新工藝還能用在其他方面,比如用小銅片代替電子設(shè)備中的氧化鋁小片。“小片的材質(zhì)和方向可以按需要結(jié)合,迅速簡便地造出大量性質(zhì)各異的材料。”斯圖爾特說。