在自然界，生物体能够在温和的条件下，利用软质天然高分子和硬质矿物制造各类生物结构材料。由于复杂的多次级结构和强界面作用，这些材料表现出优异的机械性能及多功能。在这些生物结构材料中，Bouligand手性结构因为其多尺度多层次的增强增韧机制及独特的圆偏振结构色，受到广泛关注。然而，如何大规模制备兼具高强度高韧性和圆偏振光学特性的Bouligand结构材料仍然是一个巨大挑战。

图1 仿生生物光子结构材料设计示意图

  研究人员系统地研究了矿化时间对仿生矿物复合材料结构的影响。其中，矿化3小时的手性模板显示出均匀的单层形态。在手性模板上生长的碳酸钙矿物处于非晶态，均匀地分布在有机质框架中，矿化薄膜很好地保留了特征性的手性螺旋状结构。将矿化时间延长至1天，可形成层次分明的夹层微结构，两个薄方解石层（约5μm厚）与中间厚的螺旋层构成了一个独特的三明治结构。这种在外层和内层有着明显矿物分布不同的双相形态，类似于天然甲壳动物的外/内角质层。外层较高的矿化程度可以提供较高的刚度和硬度，内部保留了与矿化3小时相同的ACC手性结构。这种双相层状结构使得外层方解石层和内层ACC层之间能够通过手性模板形成强有力的桥接。因此，复合材料表现出了出色的界面稳定性，即使在胶带反复剥离和强超声处理后，仍能在干/湿状态下保持原有的夹层完整性。

  此外，矿化材料有序的手性结构为矿化薄膜提供了明亮的结构色，这在以前的矿化材料中很少观察到（图2）。矿化一天的薄膜具有白色外观，浸水后可立即转换为虹彩色，这种转变快速可逆且其结构色波长可调。为了丰富光子功能，该手性模板还可在预先设计的基底上进行自组装，在其表面构建额外的光学元件，随后的矿化过程可以完美地保留其预先设计的光子结构。通过整合具有不同光子周期的光栅结构，可获得多种具有高饱和度和高纯度的可控结构颜色，以及清晰的衍射图案。同时，该矿化材料还具有独特的水塑性，可定制各种形状。

图2 仿生矿化复合材料的光子性能和水塑性性能

图3 仿生矿化复合材料的力学性能

  原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202206509