别小瞧银杏的果壳
木材等天然结构材料具有优异的力学性能,尤其是断裂韧性(对裂纹扩展的抵抗能力)。不过,木材在不同方向的断裂韧性相差很大,比如其纵向断裂韧性远小于横向,这就是它极易发生“劈裂”的缘由。
那么,自然界中是否存在各向同性的高韧性材料呢?还真有,它就是银杏果壳。近期,科学家发现,银杏果壳由大量的石细胞(一种多边形厚壁细胞)紧密结合而成,石细胞的次生壁中是半径约为1.2微米的细长管道,即纹孔。这些纹孔从细胞中部的空腔延伸至胞间层,与相邻石细胞的纹孔形成“纹孔对”结构。此外,纤维素微纤维沿着纹孔径向方向缠绕,将相邻的石细胞“互锁”在一起。这种“互锁”结构犹如螺钉和螺帽配合一般,使银杏果壳表现出各向同性的特点,在各个方向上的断裂韧性基本一致。
科学家认为,银杏果壳的石细胞具有的这种独特的“互锁”结构,能够为未来制备复杂的、力学性能各向同性的仿生纳米复合材料提供启示。
