2.10 負泊松比微結構——貝殼

談起貝殼（圖2-15，見彩插），大家就會想到“堅硬”，談起粉筆，大家很容易聯想到其“易折”的特點。如果告訴大家，它們的組成成分都為90%左右的碳酸鈣晶片，是否會感到很驚訝，成分基本相同，但貝殼和粉筆為什么在強度上差別那么多呢？

圖2-15 海洋貝殼類生物

其實這種問題在材料界是一個見怪不怪的話題，答案就在“結構”上，雖然粉筆與貝殼的組成成分相似，但是其內部的排列方式迥然不同。貝殼堅硬是由于其內部結構的有序性使其形成了負泊松比效應，對外界載荷有很好的抵抗能力。據科學家研究，在貝殼中共有七種微結構，其中有一種叫作珍珠母，其斷裂功是碳酸鈣晶片本身斷裂功的3000倍；產生的變形是本身晶片產生變形的10倍以上。珍珠母結構在受到外界載荷時，會產生負泊松比效應，即結構越受壓，越往中間聚合，從而更好地抵抗壓力。而一般自然界中的物體都是越受壓，橫向就會越寬，不會向中間聚合。關于負泊松比結構的“壓縮-收縮”特性將在后續章節詳細介紹。恰恰是這種效應導致了珍珠母在外力的作用下體積吸收功率提高11倍，變形功下降到40%，珍珠母就具有更大的韌性和更大的變形能力^[16]。仿珍珠母復合材料如圖2-16所示。

圖2-16 仿珍珠母復合材料^[16]