皇冠新体育app张俊博士与南加州大学机械系Yong Chen教授以及生物医学工程系Qifa Zhou教授合作研究取得新进展。该成果以“Biomimetic Anisotropic Reinforcement Architectures by Electrically Assisted Nanocomposite 3D Printing”为题发表于国际著名期刊《先进材料》（影响因子：18.96），并被选为当期的封面论文。

仿生学为新一代结构材料的设计提供了灵感，经过长时间的演化以及自然界优胜劣汰的法则使得很多生物体具有非常优异的高强度和强韧性的结构。其中螳螂虾、甲虫翅膀以及龙虾螯都具有优异的力学性能，这些结构可以作为日常捕食的工具或者发挥保护生物体的作用。研究表明优异的力学性能源于具有不同取向的增强甲壳素纤维（称为Bouligand-type结构），当受到压力时，不同层之间的各向异性使得裂纹不能沿直线展开，而是沿折线发散，从而增加能量耗散，提高了抗冲击性。自然界中的生物系统通过长期进化获得这些优异性能的强化结构。然而，自然材料的复杂结构远远超出现有制造技术能达到的水准，从而阻碍了增强架构的研究进展。

为了解决这一难题，研究人员利用电场排列的碳纳米管结合3D打印技术（称为“电场辅助的3D打印技术”）来模拟获得类似于生物体中的Bouligand-type甲壳素纤维结构，并成功制备出了具有高抗压性的新材料。通过电场作用使得碳纳米管可以在聚合物体中定向排列，并通过旋转的平台精确控制层与层之间的相对角度，从而可以获得具有不同抗压性的新结构。实验和模拟结果表明当层与层之间相对旋转角度越小，材料的抗压性能越高，这是由于此时能量可以更有效的在材料体中均匀耗散。另外，人体半月板是人体中易于损伤的部位，其中存在着发散和弧形排列的纤维来增强其力学性能，研究人员利用不同类型的电场可以使得碳纳米管分别沿弧形和发散形排列，并结合3D打印技术，制备出了仿生的人造半月板，且其具有优异于人体半月板的力学性能。同时3D打印技术可以与计算机断层扫描（CT）和磁共振成像（MRI）技术结合来定制患者需要的人造半月板，以增强其贴合性和舒适性，提升治疗的效果。电场辅助的3D打印这一新技术具有广阔的应用前景，有望应用于航空领域，生物工程以及人造防护装置领域。

论文链接地址：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201605750/full