法國工程師開發出抗凍能力提高十倍的陶瓷

法國研究人員透過基於水、氧化鋁粉和受控冷凍的製程製造出了一種陶瓷，其電阻超出傳統陶瓷的十倍。該材料再現了鮑魚殼中發現的珍珠質的自然結構，已知可以減緩裂縫的傳播。這項發現於2026年5月19日發表在《自然材料》雜誌。

傳統陶瓷具有嚴重的脆弱性。硬度、剛度和耐熱性是其眾所周知的品質，但單一裂縫在應力或衝擊下可以快速傳播到材料中，導致災難性斷裂。這項技術問題幾十年來限制了工業應用。里昂大學核科學研究所的團隊在不改變材料化學性質的情況下，僅透過重新組織其內部結構就成功地克服了這一限制。

珍珠質本質的靈感

珍珠層是覆蓋鮑魚和其他軟體動物外殼的一層。儘管珍珠質主要由霰石（一種易碎的碳酸鈣）組成，但它表現出非凡的抗斷裂性。這種阻力源自於其特殊的結構。

從微觀上看，珍珠層是由像磚塊一樣堆疊的微觀礦物層構成的，並透過像砂漿一樣發揮作用的生物物質連接起來。當裂縫形成時，它不能沿著直線向前移動。它需要繞過每一層，沿途失去能量。法國研究人員決定使用陶瓷顆粒重新創建這種組織模式。

事實證明，專注於結構而不是材料化學的決定對於整個後續過程具有決定性作用。與尋求改變化合物的傳統方法不同，團隊保留了氧化鋁，只對其內部排列進行研究。

冰晶製造過程

製造從懸浮在水中的微小氧化鋁片開始。在仔細控制的條件下冷卻懸浮液以引導冰晶的生長。隨著晶體的生長，它們將氧化鋁顆粒推向兩側，迫使它們排列成堆疊的層。

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除去冰後，所得的多孔結構在高溫下緻密化。這種緻密化過程將結構轉變為具有卓越機械性能的固體陶瓷：

• 抗斷裂能力比傳統陶瓷高十倍
• 保持了傳統陶瓷的硬度和剛性特性
• 保留工業應用的熱阻
• 綜合複製生物組織
• 僅使用水、氧化鋁和受控冷凍

預期的工業應用

法國團隊的 Bioinspira 陶瓷為需要堅硬且耐磨材料的領域開闢了可能性。高壓環境下的工業機器部件、熱防護塗層和結構元件是實施該技術的直接候選者。

流程的簡單性是一個競爭優勢。它不需要複雜的化學反應，只需要冷凍過程中精確的溫度控制。可以調整現有設施來生產該材料，而無需對新基礎設施進行過多投資。

該機構的研究人員表示，該材料代表了仿生材料的進步。該團隊包括里昂大學綜合與臨界現象實驗室（LSFC）的科學家西爾萬·德維爾（Sylvain Deville）和弗洛里安·布維爾（Florian Bouville）。完整的工作可在最近一期的《自然材料》上找到。

這項發現凸顯了透過對自然結構的密切觀察如何得出複雜的技術解決方案。工程師沒有與自然競爭，而是複製了自然的組織原則。冷凍水定向氧化鋁顆粒，就像數千年來自然生物過程引導貝類珍珠質形成。其結果是一種材料結合了看似矛盾的特性：最小的脆性和最大的硬度。