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這種結(jié)構(gòu)可防止裂紋擴展，并使材料更堅韌。圖片來源：美國大眾科學網(wǎng)

受人類骨骼堅硬外層結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，美國普林斯頓大學工程師開發(fā)出一種新型混凝土，能抵抗開裂和突發(fā)性破壞，抗損傷能力比普通混凝土高出5.6倍。相關論文發(fā)表于新一期《先進材料》雜志。

在開發(fā)這種新型混凝土時，研究人員從人類密質(zhì)骨中獲得了靈感。這種人類股骨的致密外殼，由被稱為骨單位的橢圓形管狀結(jié)構(gòu)組成。其形狀和排列方式能在這些骨單位周圍分散裂紋，防止它們在受到?jīng)_擊時斷裂。

為了澆筑這種仿生混凝土，研究人員用聚乙烯醇3D打印了一個管狀模板模具。然后，他們將橡膠倒入模具中制作出該模板的底片。最后，他們將橡膠溶解以形成聚氨酯硅模具，并用它來澆筑混凝土。

憑借巧妙的仿生設計，新型混凝土的空心管可“捕捉”裂紋并阻止其進一步擴展。這與通過向混凝土中添加纖維、塑料等材料來增強其強度的方法截然不同。新方法能夠控制每個裂紋的擴展使得材料不會一次性全部斷裂，并能承受漸進性損傷，使材料變得更加堅固。

研究人員進行了三點彎曲測試和單邊缺口彎曲測試。他們使用2毫米厚的金剛石鋸片和剃刀在混凝土上切出缺口，并多次重復該過程，以收集有關材料斷裂韌性的數(shù)據(jù)。結(jié)果表明，新型混凝土抗損傷能力比普通混凝土高出5倍以上。這不僅意味著建筑物更加安全，還可減少混凝土生產(chǎn)，對環(huán)境保護大有裨益。