第3章 天然微结构材料——植物启发

3.1 引言

通过对动物界代表性微结构材料的概述，我们揭开了微结构材料在动物界中的神秘面纱，接下来本章将从植物角度出发探寻微结构材料的来源及对人类的启示。为了更直观地引入植物界中存在的天然微结构材料，首先以南美洲亚马孙河流域生长的王莲为例。该植物叶子直径可达2~3m，这种叶子的背面有从中心向四周放射的粗壮叶脉，其相当于混凝土中的钢筋骨架。此外，叶子内部长有发达的纵横交错的小叶脉，其中存在的微结构孔隙使得该叶片可以储存大量空气，增加了浮力。上述结构特征使王莲叶片拥有很强的支撑力，该叶片可轻松承载一个小孩的重量，如图3-1所示。

图3-1 王莲叶片承载小孩

在植物界中，类似于王莲叶脉多孔结构的微结构材料随处可见。其中，木材及其品类中最具代表性的软木均具有类似蜂窝的多孔结构。尽管木材具有多种不同的单胞结构，并且软木的单胞结构被一种称作皮孔的小空气通道中断，但木材和软木的整体力学性能都可通过微结构材料的模型来理解。此外，中空薄壁结构的竹子、纹路散布结构的树叶、孔隙多变结构的硅藻以及维管密布结构的海绵丝瓜络等天然微结构材料也向我们展示着其独有的魅力和特性。