近期，理化所仿生智能界面科學(xué)中心李明珠團隊與中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)程群峰團隊合作，在仿生限域組裝和聲學(xué)換能器應(yīng)用方面取得進展。

傳統(tǒng)聚合物、金屬、陶瓷聲學(xué)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(yōu)良的抗疲勞性能，制約聲學(xué)換能器在高靈敏度響應(yīng)和長期穩(wěn)定性方面的表現(xiàn)。因此，開發(fā)綜合性能優(yōu)異、適用于高性能聲學(xué)換能器的薄膜材料，是當前面臨的重要技術(shù)挑戰(zhàn)。

科研團隊解析蟬發(fā)聲器官——蟬肋骨膜的結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系，并據(jù)此仿生制備出可用于聲學(xué)換能器的高性能仿生薄膜。團隊發(fā)現(xiàn)，蟬肋骨膜中軟彈性蛋白層與硬幾丁質(zhì)層交替排列的結(jié)構(gòu)，是其優(yōu)異力學(xué)性能的關(guān)鍵，即硬質(zhì)層承擔機械負荷，軟質(zhì)層通過大變形能力延緩裂紋擴展?；谶@一機理，團隊采用層層交替旋涂限域構(gòu)筑與界面交聯(lián)策略，制備出具有仿生軟硬交替結(jié)構(gòu)的全有機復(fù)合薄膜。在限域條件下，聚合物分子鏈之間的纏結(jié)作用增強，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(wěn)定的聲傳播性能，其基本共振頻率和振幅均優(yōu)于現(xiàn)有商業(yè)化薄膜。

上述研究為設(shè)計高性能聲學(xué)換能器提供了新思路。

9月10日，相關(guān)研究成果發(fā)表在《科學(xué)進展》（Science Advances）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金和國家重點研發(fā)計劃等的支持。

論文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adx9248

蟬肋骨膜的層狀交替結(jié)構(gòu)及仿生制備