南科大刘吉团队 AFM：仿生矿化微球增韧抗冲击纳米复合水凝胶

本文介绍了南方科技大学刘吉团队受螳螂虾生物矿化过程启发，开发的一种微球增强纳米复合水凝胶（MNHs）。该材料通过酶促原位矿化策略，将聚丙烯酸正丁酯（PBA）弹性微球与化学交联的聚丙烯酰胺（PAM）水凝胶网络结合，并在甘油磷酸钙溶液中诱导无定形磷酸钙（Ca₃(PO₄)₂）纳米颗粒生长，形成分级微/纳米结构。MNHs同步实现了3.3 MPa拉伸强度、120 MPa杨氏模量、1500 J m⁻²断裂韧性和1.5 kJ m⁻¹弹道能量吸收能力，性能超越现有高强度水凝胶。非线性数值模拟揭示了其通过裂纹偏转、微裂纹形核和能量再分布机制抵御准静态与高速冲击的机理，为下一代抗冲击材料设计提供通用蓝图。该材料在军用防护装备、生物医学工程和智能防护系统中具有广阔应用前景。