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我常说,听一场精彩的学术报告是一种至高无上的艺术享受。为了追求这种享受,我从天津急急忙忙赶回来,聆听上大力学所728期seminar报告。报告人是来自Brown大学的高华健教授,一位中年固体力学专家(见链接)。我以前在博文中介绍过他(见http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=330732&do=blog&id=392097)。
报告的题目是:“自然启示的多层次多功能材料的力学”,所涉及的主要是生物材料系统,所讲述的主角居然是壁虎!
昨天,我所的seminar room座无虚席,不出所料,高华健教授的报告果然精彩纷呈,美不胜收。报告时全场鸦雀无声;报告后,讨论异常热烈,直到临近下班时间还欲罢不能。
报告旨在探讨在受生物学启示的多功能材料力学中的若干前沿问题,涉及一个方兴未艾的研究领域。报告人概览性地回答了如下问题:
——层次结构的作用和原理是什么?
——什么因素决定了多层次材料的多尺度?
——如何设计具有特定的机械的和其它的性质/行为/功能的多层次材料?
这些问题在新型材料研制中有明显的应用背景,对于仿生学和交叉学科研究有重要的理论意义。
报告人用几十张图片生动地展示了先进材料的演变过程,特别揭示了其中的丰富的层次结构。然后,“主角”——壁虎登场了,这种其貌不扬的爬行动物有着不可思议的本领:它能牢牢吸附在光滑的平面(如玻璃板)上,爬行自如;它有极好的自洁本事,能在肮脏的环境里保持“洁身自好”,尤其是,对于它的爪子爱护有加,拿它做实验时,将其故意弄脏,它三下两下就把爪子弄干净了。
然后,报告人讲述了以壁虎为对象的实验发现,电子显微镜下,壁虎爪子原形毕露,呈现多种多样的多尺度的层次结构,大到厘米量级,小到纳米量级(小于200纳米)。在报告中,还给出了甲壳虫、苍蝇、蜘蛛的爪子的层次结构,它们都不如壁虎的层次结构丰富。报告人认为,壁虎通过“适者生存”的磨练,其层次结构已演化到最高阶段。
用什么方法来研究这种层次结构?通常人们想从物理学、化学角度进行研究,特别想通过物理学分析,来揭示其微观特点。而高华健教授认为,力学可能是解决这一问题的极佳的途径。因此,他和他的团队,从第一原理出发,着重对壁虎爬行时的摩擦力-吸附力的关系进行抽丝剥茧式的细致分析,发现了若干内禀规律, 揭示了多层次结构所带来的多功能。
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GMT+8, 2024-11-23 20:28
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