关闭天平：盔甲鱼既坚韧有弹性

使用强大的X射线束在伯克利实验室的先进光源（ALS）的研究人员在观看鲤鱼鳞片纤维的反应如何当施加压力。当他们在论文中写道，在该杂志的事情，他们发现最近出版的“可能提供的具有前所未有的韧性和耐渗透性先进的合成结构材料的设计更多的灵感。”

“生物材料的结构是绝对迷人，”主要作者罗伯特·里奇，伯克利实验室材料科学部的，谁领导与马克迈尔斯，在加州大学圣地亚哥分校纳米工程学和机械工程学教授这项工作说。 “我们喜欢模仿工程材料这些属性，但是第一步是看自然是怎么做的。”

鱼鳞具有与坚韧延性较软的内层的硬外壳。当像食肉动物的牙齿尽量沉入秤，外壳抗渗透，但内部有吸收所有过剩的负载，以保持规模在一块。它是如何做到这一点？事实证明，在刻度，其由胶原加矿物质的向上的纤维，是在一个扭曲取向，称为Bouligand结构。当应力施加到所述材料，纤维旋转序列，以吸收多余的负荷。

“这就是所谓的自适应重新定位。这就像一个智能材料，”里奇，谁也是加州大学伯克利分校材料科学和工程教授说。 “使用称为小角度X-射线散射技术，我们可以利用同步遵循的实时性。我们用X射线照射它，我们实际上可以看到纤维旋转和移动。”

，构成了人体皮肤胶原蛋白，在另一方面，是“全乱了像一碗意大利面条，但它可以解开并对齐，以吸收能量，使肌肤令人难以置信的撕裂性，”里奇说。该Bouligand结构鲤鱼规模更加有组织的，但仍然是个非常有效的增韧机理。

鲤鱼天平的另一值得注意的特性是硬的和软的层之间的梯度。 “如果我们做的是盔甲，我们将有硬，软材料之间的接口，该接口是必然裂缝的地方和失败开始的位置，”里奇，在材料怎么失败的一位专家说。 “的方式本质上做的：代替具有这些接口，其中有一种材料和彼此之间的不连续性，使得性质从硬盘完美梯度软（强硬的）的材料。”

在与研究人员在加州大学圣地亚哥分校的协作工作，球队已经先前研究的巨骨舌鱼，亚马逊的淡水鱼，其规模是如此艰难，他们都不能理解的食人鱼，以及其他物种。在这项研究中，他们选择了鲤鱼，古空棘鱼的鱼的现代版，也称为有鳞充当盔甲。

现在，鲤鱼鳞片的变形破坏机理进行了表征，试图工程材料重现这些特性是下一个挑战。里奇指出，3D打印的进步可以提供一种方法来生产梯度自然的方式做，进而使既硬又韧的材料。

“一旦我们得到关于如何操纵3D打印的更好的处理，我们就可以开始让更多的材料性质的形象，”他说。

该ALS是科学用户设施的能源办的部门。这项研究是由科学研究空军办公室的资助。

资源 DOE/Lawrence Berkeley National Laboratory. "Off the scales: Fish armor both tough and flexible." ScienceDaily. ScienceDaily, 18 June 2020. <www.sciencedaily.com/releases/2020/06/200618102416.htm>.