理化所揭示鳥類羽毛抗撕裂能力和超耐久性能的秘密

　　羽毛是鳥類飛翔的主要依靠，也一直是人們所向往的神器。但與蝙蝠和蝴蝶的膜狀翅膀不同，鳥類的羽毛具有更強的自我修復能力和抗撕裂能力。自Hooke利用顯微鏡觀察并畫出羽毛的草圖以來，羽毛的結構和性能已引起了人們的廣泛關注。然而，目前人們對羽毛結構的認識仍停滯在“hook-groove”模型，而這個模型忽略了羽毛本身的更微觀結構，很難解釋羽毛的抗撕裂能力和超耐久性。

　　近日，中國科學院理化技術研究所仿生材料與界面科學實驗室研究團隊利用X-射線顯微鏡和顯微操作系統對羽毛的精細三維結構及其功能進行了觀察，發現羽毛的羽枝間的一種新型機械互鎖體系：級聯滑鎖系統（由鉤子、滑道和滑道端部的背刺組成），并闡明了級聯滑鎖結構的工作原理，揭示了羽毛抗撕裂能力和超耐久性的秘密。這種級聯滑鎖結構不僅保證了羽枝間較強的粘附力，同時保護了羽枝在分離過程中不受到損壞。實驗測試表明，羽毛具有很好的拉伸性能；并且經過1000次的分開/修復實驗，羽枝間的粘附力仍能達到初始值的80%以上。由此說明，這種結構促成了鳥類羽毛的抗撕裂能力和超耐久性能，使得鳥類能夠在惡劣的環境中飛行。同時，這種級聯滑鎖結構為新型柔性織物和電子器件的設計制備提供了新的思路。

　　相關研究成果以Repairable cascaded slide-lock system endows bird feathers with tear-resistance and superdurability 為題發表在《美國國家科學院院刊》（PNAS，2018,DOI: 10.1073/pnas.1808293115）上。論文第一作者是張飛龍，通訊作者是王樹濤。

　　相關工作得到國家自然科學基金委、中組部國家“萬人計劃”青年拔尖人才項目、中科院重點資助項目等的大力支持。

羽毛的多級結構