【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近期，中國科大蘇州高等研究院仿生界面材料科學(xué)全國重點實驗室程群峰教授課題組與中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所李明珠研究員課題組合作在仿生限域組裝及聲學(xué)換能器應(yīng)用研究領(lǐng)域取得重要突破，相關(guān)研究成果于9月10日以“Cicada rib-inspired tough films through nanoconfined crystallization for use in acoustic transducers”為題發(fā)表在國際期刊《Science Advances》上。
 

蟬肋骨膜的層狀交替結(jié)構(gòu)及其仿生制備
 

　　傳統(tǒng)聚合物、金屬及陶瓷聲學(xué)換能器所用薄膜材料往往難以同時具備高強(qiáng)度、高韌性和優(yōu)良的抗疲勞性能，這一局限性嚴(yán)重制約了聲學(xué)換能器在高靈敏度響應(yīng)和長期穩(wěn)定性方面的表現(xiàn)。因此，開發(fā)綜合性能優(yōu)異、適用于高性能聲學(xué)換能器的薄膜材料，仍是當(dāng)前面臨的重要技術(shù)挑戰(zhàn)。針對該問題，本研究解析了蟬發(fā)聲器官——蟬肋骨膜的結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系，并據(jù)此仿生制備出可用于聲學(xué)換能器的高性能仿生薄膜。研究發(fā)現(xiàn)，蟬肋骨膜中軟彈性蛋白層與硬幾丁質(zhì)層交替排列的結(jié)構(gòu)是其優(yōu)異力學(xué)性能的關(guān)鍵：硬質(zhì)層有效承擔(dān)機(jī)械負(fù)荷，軟質(zhì)層則通過大變形能力延緩裂紋擴(kuò)展。基于這一機(jī)理，研究團(tuán)隊采用層層交替旋涂限域構(gòu)筑與界面交聯(lián)策略，成功制備出具有仿生軟硬交替結(jié)構(gòu)的全有機(jī)復(fù)合薄膜。在限域條件下，聚合物分子鏈之間的纏結(jié)作用顯著增強(qiáng)，使該仿生薄膜同時具備高拉伸強(qiáng)度、韌性和耐疲勞性能。這些特性使其能夠兼顧高效聲能輸出與長期穩(wěn)定的聲傳播性能，其基本共振頻率和振幅均優(yōu)于現(xiàn)有商業(yè)化薄膜。該研究為設(shè)計高性能聲學(xué)換能器提供了全新的思路。
 

　　中國科大蘇州高等研究院的毛佳俊、嚴(yán)佳、王梓宇和柯騰為論文的共同一作，通訊作者為蘇州高等研究院程群峰教授和中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所李明珠研究員，蘇州高等研究院為論文第一單位。該工作得到蘇州高等研究院和仿生界面材料科學(xué)全國重點實驗室等平臺的大力支持。該工作還得到了國家自然科學(xué)基金、科技部重點研發(fā)計劃、蘇州實驗室開放課題基金、蘇州市仿生界面科學(xué)重點實驗室以及科學(xué)探索獎等項目的資助。