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既堅(jiān)硬又柔韌 開(kāi)心果殼竟是材料學(xué)“圣杯”!
2021年08月17日 15:53:14 來(lái)源:化工儀器網(wǎng) 作者:楊 點(diǎn)擊量:7610

開(kāi)心果想必很多人都吃過(guò),但是吃剩的開(kāi)心果殼應(yīng)該沒(méi)有多少人會(huì)在意。誰(shuí)又會(huì)想到,這小小的果殼,竟然是材料學(xué)“圣杯”!

  【化工儀器網(wǎng) 行業(yè)百態(tài)】開(kāi)心果想必很多人都吃過(guò),但是吃剩的開(kāi)心果殼應(yīng)該沒(méi)有多少人會(huì)在意。誰(shuí)又會(huì)想到,這小小的果殼,竟然是材料學(xué)“圣杯”!
 
  開(kāi)心果(pistacia vera L.)又名阿月渾子,為漆樹(shù)科黃連木屬的多年生落葉果樹(shù)。有研究表示,開(kāi)心果果實(shí)富含維生素、礦物質(zhì)和抗氧化元素,具有低脂肪、低卡路里、高纖維的顯著特點(diǎn),是一款非常適合食用的休閑食品,近年來(lái)已成為世界第五大堅(jiān)果作物。
 
  且與其他需要人工開(kāi)口否則很難取用的堅(jiān)果相比,開(kāi)心果在自然成熟后就會(huì)自動(dòng)裂開(kāi),方便食用,這也是開(kāi)心果名字的由來(lái)原因。但是在食用的時(shí)候,我們總不可避免的會(huì)遇到幾顆“不開(kāi)心”的開(kāi)心果。這時(shí)候,我們就會(huì)發(fā)現(xiàn),開(kāi)心果那看似薄薄的一層殼,竟然如此堅(jiān)固。
 
  來(lái)自University of Natural Resources and Life Sciences Vienna學(xué)校的Notburga Gierlinger課題組發(fā)現(xiàn)了這一奇妙的現(xiàn)象并十分感興趣,最終,他們發(fā)現(xiàn)了開(kāi)心果殼的“秘密”。
 
  課題組以“Twist and lock: nutshell structures for high strength and energy absorption”為題,深入研究了核桃和開(kāi)心果的果殼,揭示了兩種堅(jiān)果殼細(xì)胞在厚度和俯仰角方面表現(xiàn)出差異,解釋了納米級(jí)的不同機(jī)械性能,突出了細(xì)胞形式及其互鎖方式以及細(xì)胞壁組成和結(jié)構(gòu)對(duì)機(jī)械保護(hù)的作用。
 
  為了找出是什么原因讓堅(jiān)果如此難以破裂,課題組使用微型計(jì)算機(jī)斷層掃描儀和電子顯微鏡、原子力顯微鏡和紅外顯微鏡在納米尺度上檢查了核桃殼和開(kāi)心果殼的碎片。研究發(fā)現(xiàn),與核桃殼中的細(xì)胞一樣,開(kāi)心果殼中的互鎖細(xì)胞與 14 個(gè)相鄰的細(xì)胞相連。兩個(gè)殼中的細(xì)胞也有堅(jiān)韌的細(xì)胞壁,里面裝滿(mǎn)了螺旋狀的微纖維線(xiàn)圈。但拉伸強(qiáng)度測(cè)試表明,開(kāi)心果殼材料要強(qiáng)得多,這可能是因?yàn)樗募?xì)胞的裂片數(shù)量是核桃細(xì)胞的三倍,這使它們相互鎖定的表面積增加了30%。與核桃細(xì)胞不同,開(kāi)心果細(xì)胞通過(guò)球形關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)連接,類(lèi)似于人類(lèi)髖關(guān)節(jié)。相關(guān)論文發(fā)表在《Royal Society Open Science》。
 
  開(kāi)心果殼結(jié)合了剛度和韌性,如果能夠進(jìn)一步了解原理并將之運(yùn)用在材料學(xué)中,將會(huì)成為制造安全頭盔和汽車(chē)保險(xiǎn)杠等減震裝置的理想選擇。
 
  相關(guān)論文
 
  Twist and lock: nutshell structures for high strength and energy absorption
 
  作者:Nannan Xiao, Martin Felhofer, Sebastian J. Antreich, Jessica C. Huss, Konrad Mayer, Adya Singh, Peter Bock, Notburga Gierlinger
 
  期刊:Royal Society Open Science
 
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