材料研究人员钟爱海洋生物。珍珠母引发了光滑表面的想法，蛤蜊引发了胶合物质，鲨鱼皮用于开发在水中减少阻力的材料，等等。现在，研究人员潜到水中观察心形海胆，发现了一种高强度轻质材料模型。 

材料研究人员钟爱海洋生物。珍珠母引发了光滑表面的想法，蛤蜊引发了胶合物质，鲨鱼皮用于开发在水中减少阻力的材料，等等。最近，哥伦比亚大学理学院研究人员潜到水中观察心形海胆，从而发现了一种高强度轻质材料模型。

Dirk Müter是化学系纳米地球科学（NanoGeoScience）研究组的一名助理教授。他负责该项研究，相关结果发表于《生物材料学报》（ActaBiomaterialia），标题为“X-射线层析成像心形海胆的微观结构和微观力学”（Microstructure and micromechanics of the heart urchin test from X-ray tomography）

心形海胆（Heart urchins，Echinocardiumcordatum），又名海土豆，直径5厘米，呈心形，居住在沙子里。它们延长通道，以洞穴上方水中的有机颗粒为食。与“正规”海胆相似，这些“非正规”心形海胆也是软体生物，利用碳酸钙骨骼保护以免被其他生物捕食。事实证明，它们的外壳竟然非常坚固。

Müter有一次在克罗地亚海滩度假，产生了研究心形海胆的想法。薄如纸的海胆壳被冲上沙滩，Müter观察后发现即使这么薄也几乎没有伤口。

Müter等人采用X-射线微断层成像这一较新技术来了解这种坚固的碳酸钙外壳。该技术用于构建材料的三维图像，无需破坏外体。X-射线图像特别精细，能够区分小于千分之一毫米的结构。这种超高分辨率对于了解这种外壳的强度起到了决定性的作用。

甚至任何一个掰断过粉笔的人都知道碳酸钙是很脆的。心形海胆外壳当中的空气比粉笔还要多。事实上，近距离接近这种壳材料，开始看起来像肥皂水。这种材料包含有数目惊人的微腔，这些微腔由脆弱的碳酸钙加以支撑。每立方毫米有50,000到150,000个支柱，部分区域的空气含量达到70%。

碳酸钙可以形成很多东西，从坚硬的大理石到有些脆弱的用于书写的粉笔。心形海胆和粉笔具有类似的孔隙率，但心形海胆的强度是粉笔的6倍。Müter的研究表明，心形海胆外壳的结构具有接近理论理想值的泡沫结构强度——这是这种生物进化到能够承受水下10米外加30厘米沙子的压力所必须的。

Müter解释说，心形海胆外壳不同区域的强度变化取决于特定区域支柱的数量多少，而不是支柱的厚度。

“我们发现了一个令人吃惊的简单构造原理的例子。这是一种构建材料的容易方式，可以获得结构和强度上的巨大变化。而且，从力学角度来看，这非常接近最优化。”Müter助理教授如是说。

NanoGeoScience课题组的Müter等人希望这项新见解能够有助于发展吸收冲击材料。 

新材料在线编译整理——翻译：菠菜    校正：摩天轮