Skeleton of Euplectella sp.: Structural Hierarchy from the Nanoscale to the Macroscale

海绵骨针 对角线的 脆性 刚度(电磁) 材料科学 纳米 纳米尺度 等级制度 结构刚度 复合材料 纳米技术 几何学 地质学 数学 市场经济 古生物学 经济
作者
Joanna Aizenberg,James C. Weaver,Monica Thanawala,Vikram Sundar,Daniel E. Morse,Peter Fratzl
出处
期刊:Science [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:309 (5732): 275-278 被引量:1063
标识
DOI:10.1126/science.1112255
摘要

Structural materials in nature exhibit remarkable designs with building blocks, often hierarchically arranged from the nanometer to the macroscopic length scales. We report on the structural properties of biosilica observed in the hexactinellid sponge Euplectella sp. Consolidated, nanometer-scaled silica spheres are arranged in well-defined microscopic concentric rings glued together by organic matrix to form laminated spicules. The assembly of these spicules into bundles, effected by the laminated silica-based cement, results in the formation of a macroscopic cylindrical square-lattice cagelike structure reinforced by diagonal ridges. The ensuing design overcomes the brittleness of its constituent material, glass, and shows outstanding mechanical rigidity and stability. The mechanical benefits of each of seven identified hierarchical levels and their comparison with common mechanical engineering strategies are discussed.
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