【儀表網 研發快訊】近期，中國科大蘇州高等研究院仿生界面材料科學全國重點實驗室程群峰教授課題組與中國科學院理化技術研究所李明珠研究員課題組合作在仿生限域組裝及聲學換能器應用研究領域取得重要突破，相關研究成果于9月10日以“Cicada rib-inspired tough films through nanoconfined crystallization for use in acoustic transducers”為題發表在國際期刊《Science Advances》上。
蟬肋骨膜的層狀交替結構及其仿生制備
傳統聚合物、金屬及陶瓷聲學換能器所用薄膜材料往往難以同時具備高強度、高韌性和優良的抗疲勞性能，這一局限性嚴重制約了聲學換能器在高靈敏度響應和長期穩定性方面的表現。因此，開發綜合性能優異、適用于高性能聲學換能器的薄膜材料，仍是當前面臨的重要技術挑戰。針對該問題，本研究解析了蟬發聲器官——蟬肋骨膜的結構與性能關系，并據此仿生制備出可用于聲學換能器的高性能仿生薄膜。研究發現，蟬肋骨膜中軟彈性蛋白層與硬幾丁質層交替排列的結構是其優異力學性能的關鍵：硬質層有效承擔機械負荷，軟質層則通過大變形能力延緩裂紋擴展。基于這一機理，研究團隊采用層層交替旋涂限域構筑與界面交聯策略，成功制備出具有仿生軟硬交替結構的全有機復合薄膜。在限域條件下，聚合物分子鏈之間的纏結作用顯著增強，使該仿生薄膜同時具備高拉伸強度、韌性和耐疲勞性能。這些特性使其能夠兼顧高效聲能輸出與長期穩定的聲傳播性能，其基本共振頻率和振幅均優于現有商業化薄膜。該研究為設計高性能聲學換能器提供了全新的思路。
中國科大蘇州高等研究院的毛佳俊、嚴佳、王梓宇和柯騰為論文的共同一作，通訊作者為蘇州高等研究院程群峰教授和中國科學院理化技術研究所李明珠研究員，蘇州高等研究院為論文第一單位。該工作得到蘇州高等研究院和仿生界面材料科學全國重點實驗室等平臺的大力支持。該工作還得到了國家自然科學基金、科技部重點研發計劃、蘇州實驗室開放課題基金、蘇州市仿生界面科學重點實驗室以及科學探索獎等項目的資助。
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