Durante cientos de millones de años de evolución, la naturaleza ha producido una miríada de materiales biológicos que sirven como esqueletos o como armas defensivas u ofensivas. Aunque estos materiales estructurales naturales se derivan de componentes naturales relativamente estériles, como minerales frágiles y biopolímeros dúctiles, a menudo exhiben propiedades mecánicas extraordinarias debido a sus estructuras jerárquicas altamente ordenadas y su sofisticado diseño interfacial. Por lo tanto, siempre son un tema de investigación para los científicos que buscan crear materiales estructurales artificiales avanzados.

A través de la observación microestructural, Los investigadores han determinado que muchos materiales biológicos, incluyendo escamas de pescado, garras y huesos de cangrejo, todos tienen una estructura característica de "madera contrachapada retorcida" que consiste en una disposición muy ordenada de laminillas de fibra a micro / nanoescala. Son compuestos reforzados con fibras naturales estructuralmente sofisticados y, a menudo, exhiben una excelente tolerancia al daño que es deseable para materiales estructurales de ingeniería. pero difícil de obtener. Por lo tanto, Los investigadores buscan imitar este tipo de estructura jerárquica natural y diseño interfacial mediante el uso de fibras sintéticas artificiales y abundantes micro / nanoescala unidimensionales como bloques de construcción. De este modo, esperan producir materiales estructurales artificiales de alto rendimiento superiores a los materiales existentes. Sin embargo, debido a la falta de tecnología de ensamblaje a micro / nanoescala, especialmente la falta de medios para integrar eficientemente unidades estructurales unidimensionales a micro / nanoescala en forma macroscópica a granel, imitar compuestos naturales reforzados con fibras siempre ha sido un gran desafío.

Recientemente, inspirado en la estructura de madera contrachapada retorcida a micro / nanoescala de la armadura natural a escala gigante Arapaima (a-d), el equipo de investigación biomimética dirigido por el profesor Shu-Hong Yu de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC) propuso un método de alta eficiencia, estrategia de ensamblaje ascendente de 'cepillado y laminado' (e-f) con las micro / nanofibras biocompatibles como unidades estructurales, y fabricó con éxito materiales estructurales de madera contrachapada retorcida biomimética a granel tridimensional (g). Mediante el control jerárquico de la alineación de las fibras en la matriz del biopolímero, las propiedades mecánicas de los materiales resultantes se pueden modular con precisión. Descubrieron que los materiales artificiales obtenidos replican estrechamente los mecanismos estructurales y de endurecimiento multiescala de sus contrapartes naturales, obteniendo excelentes propiedades mecánicas mucho más allá de los componentes estructurales fundamentales; son comparables con los de hueso natural y muchos otros materiales naturales y artificiales. Más importante, la estrategia de montaje propuesta es ecológica, programado y escalable, y se puede ampliar fácilmente a otros sistemas de materiales. Por lo tanto, proporciona un nuevo espacio tecnológico para el diseño de materiales estructurales reforzados con fibra biomimética más avanzados (especialmente materiales de protección de armaduras).