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中國科學技術大學俞書宏院士團隊聯合吳恒安教授團隊成功揭示了雙殼綱褶紋冠蚌鉸鏈內的可變形生物礦物硬組織的耐疲勞機制，提出了一種多尺度結構設計與成分固有特性相結合的耐疲勞新策略，為未來耐疲勞結構材料的合理設計和制備提供了新的見解。研究成果于6月23日發表在國際學術期刊《Science》上。
為什么要研究普普通通的河蚌呢？“我們要向自然學習”，俞書宏院士堅定地說，“通過解析自然材料，特別是生命體所創造的具有復雜結構的生物材料，搞清楚包括它的組成、結構與功能之間的關系，用于指導我們在仿生領域開展更多的探索研究。”正是因為俞書宏院士提出的獨特研究思路和視角，他獲得了新基石科學基金會的資助，入選首批新基石研究員。
俞書宏院士及其團隊早在2016年，就模仿雙殼綱軟體動物合成天然珍珠母的“砌墻式”策略，提出一種新的“組裝與礦化”聯用的介觀組裝合成方法，從源頭模仿天然貝殼珍珠層的形成過程和化學組分，在國際上首次成功礦化合成了人工珍珠母材料，相比于天然珍珠母長達數月的形成周期，人工珍珠母合成只需要兩周左右的時間，相關研究成果發表在《Science》上。俞書宏院士表示，通過對生物材料微觀結構的細致觀察和深入研究，可以發現多級有序結構對材料宏觀性能的提升能起到至關重要的作用。
“有所發現”、“有所發明”、“有所創造”，俞書宏院士用這三個詞總結了團隊的期待和目標，“這是我們仿生材料研究團隊的科研理念。首先是有所發現，要學會發現自然界神奇的生物材料的特殊性質，通過解析天然材料結構與功能的關系，能夠幫助我們明晰新材料的創制與設計理念，接著要有所發明，將提取的設計原理用于仿生材料的制備合成，最后有所創造，通過將從自然材料結構解析中獲得的材料結構設計理念交叉融合，力求創制出全新的人工材料，并將研究成果應用到實際材料的創制中，以提升材料性能”。
此外，在仿生材料研究領域，除了需要懂得化學材料相關知識，也需要對生物學、力學、數學方面的知識有所掌握。這也是研究的難點之一，要求研究人員具有很強的學科交叉能力。俞書宏院士說，“天然材料，特別是生物材料，它的結構非常復雜。在研究的時候需要我們具有跨學科的知識儲備。”俞書宏院士也經常指導剛進入實驗室的同學，鼓勵同學們在仿生材料領域發現自己感興趣的方向并開展研究工作。
“人工材料難在制備，自然材料難在解析”，茅瓅波副研究員說，“從自然界獲得的天然生物材料，它們不僅組成未知，而且其結構設計是從宏觀尺度直達分子尺度。想要把如此復雜的材料結構以及性能之間的聯系說清楚，十分具有挑戰性。”
這項研究持續了十余年，從2013年就已經在俞書宏院士的指導下開始進行。2015年茅瓅波副研究員從他的師兄劉蕾那里接過這項工作，繼續開展河蚌鉸鏈的解析，但一直認為沒有達到俞書宏院士期望的完成度。2017年，茅瓅波副研究員博士畢業后，和同年入學的師弟孟祥森開始合作繼續推進這一研究工作，沒想到一做又是六年。在長達近十年的研究工作中，是俞書宏院士對基礎科學長期研究的堅守和信心，為工作的開展提供了最好的條件和保障，這也與他一貫提倡的“甘于坐冷板凳”和“勇于做從0到1的科研”的科研理念高度一致，正是俞書宏院士對科研方向的遠見、傳承和堅持，最終才能夠取得又一突破性的成果。
隨著近年來小型智能化的可穿戴電子設備的發展，產品柔性化已成趨勢，可以說 “柔性”性能是未來產品開發的重要方向之一，像折疊屏、折疊手機已經逐漸融入我們的日常生活。但是，要想真正實現可靠的“柔性”性能，目前還存在亟需解決的問題。
這種從河蚌鉸鏈可變形生物礦物中提取的耐疲勞結構設計策略對于需要使用脆性基元、但又不得不承受一定形變的柔性功能材料的創制具有普遍的指導意義。俞書宏院士表示，仿生材料未來發展前景非常廣闊，通過全新的設計理念，能創制出新的具有更優越性能的新材料，在航空航天、特種環境、防護等領域發揮出獨特的功能和應用價值，這也是團隊未來努力要做的重要方向。（記者 汪喬 實習生 王克青）
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