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航空小常识

牙齿还能用来造飞机?

时间:2017年05月02日 14:34   来源:大飞机报
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  科学家最近有了一个新发现,可以从牙齿上学习制作更好的飞机材料。

  密歇根大学工程学院的教授尼古拉斯·科托夫(Nicholas Kotov)和博士后研究员班君·连姆(Bongjun Yeom)日前在《自然》杂志上发表了一篇关于“牙釉质”的潜在深远应用的研究。该研究认为,牙釉质是一种不可多得的工业制作材料。

  科托夫教授说明道:“活生物体的演化给生物复合材料的生产带来很多灵感,使得它们的制作经常优于制造工业材料。科学家成功地创造了‘人造牙釉质’,或者更确切地说是纳米复合材料,其机械性能复制了牙釉质,其中最明显的是强度和硬度。”

  这种超强的“人工牙釉质”的一个应用方向就是用来制造更强的飞机机身,用以更好地承受飞机遇到的震动和压力。

  坚硬的牙釉质

  牙釉质作为牙齿的最外层,是哺乳动物身体上最坚硬的组织,足以抵抗大家牙齿每天数以万计的震动。

  无论是远古时期的霸王龙,海洋深处的海象海胆,还是现在生存在地球上的人类,其牙釉质都共享着类似的结构。在生物不断演化变迁的过程中,牙釉质的结构经受住了时间的考验。在微观水平上,牙釉质由硬的陶瓷晶体柱组成,它被软的有机蛋白包围。

  当压力通过咀嚼或咬合施加在牙齿上时,那些晶体柱会被压缩和弯曲,同时也摩擦着周围的软蛋白质。这些软蛋白质材料再通过吸取振动能量来保护牙齿结构不受损害。

  科托夫教授的团队通过在芯片上增加氧化锌纳米线来创造“人工牙釉质”。他在纳米线上层叠两种聚合物,再旋转芯片来铺展液体并烘烤,这样可以让塑料固化。值得注意的是,在聚合物和陶瓷之间,即使是纳米级的间隙也会降低材料和摩擦的强度,所以要进行精细的分层确保表面完全咬合。

  科托夫教授在接受采访时说到:“生物材料奇妙的机械性能来自于其软结构对硬结构在大分子和纳米级层面上的适应,反过来也是如此。”

  实现量产还需时日

  如此看来“人工牙釉质” 可能是目前制作飞机机身与汽车底盘金属材料的最好替代品。研究人员表示,这种生物复合材料不仅更轻,还能承受金属在飞行过程中产生的持续振动和压力,抵抗膨胀和压缩。此外,人工牙釉质还可以制作火箭中的电子电路,但它必须承受极端的震动和重力作用。

  然而,即使“人工牙釉质”的商业应用前景相当光明,但科托夫和他的团队亟需找到一个很好的方式来实现量产。

  首先,它需要建立40层的“人造牙釉质”一微米搪瓷状结构。其次,工作人员要再铺设另一层氧化锌纳米线并填充40层的聚合物,整个过程要重复20次。这两步对于科学家及制作人员来说实现难度非常大且费时费力,成本当然可以想象。

  不过,随着实验的继续和研究的深入,还是可以期待一下坐着“牙齿”上天的那一刻。(谭菲君)

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