海胆刺激发了弹性混凝土的灵感

水泥的一种关键成分可以通过模仿海胆刺的纳米结构，使其更具弹性和抗裂性。

水合硅酸钙(CSH)赋予混凝土抗压强度，使其成为世界上使用最多的人造建筑材料。但由于它很脆，缺乏弯曲强度，因此如果有任何东西导致它弯曲，它就会变弱并断裂。钢筋通常用于提高混凝土的柔韧性，但这些都是昂贵的，而且容易腐蚀。科学家们此前曾寻求纳米级的解决方案，将软物质插入CSH中，以获得更有弹性的材料，但最终的纳米结构仍然不规则，限制了它的弯曲潜力。

现在,赫尔穆特•Colfen在德国康斯坦茨大学，他和他的同事们已经制造出了具有高度有序纳米结构的CSH以前的工作变成了海胆刺的结构．“大自然使用极其复杂的建筑原理来建造生物矿物，这些矿物表现出突出的性能，”Cölfen说。

海胆的刺是由坚硬但易碎的方解石(本质上是白垩)组成的，通常很容易折断。但海胆中的方解石非常强，因为它是中晶的;也就是说，它像成排的砖一样有规律地排列，而它们之间的薄无定形层就像柔韧的砂浆一样，阻止裂缝的发展。

受到这种结构的启发，研究小组通过向硅酸钠溶液中添加氯化钙，在聚丙烯酸共聚物的存在下，制成了CSH颗粒的胶体悬浮液。通常情况下，CSH颗粒想要随机聚集在一起，但聚合物阻止了这种情况，并确保均匀分散。然后，他们开发了两种方法来控制和触发CSH颗粒自组装成介晶:一种需要调整pH值，另一种涉及改变胶体的聚合物与CSH的比例。

中晶体成像显示CSH血小板呈砖状排列，而聚合物起着粘结砂浆的作用。为了测试材料的弹性，该团队在电子显微镜下用显微操作器按压了一个3微米平方的介晶，显示出近200兆帕的弯曲强度，这与钢的250兆帕的弯曲强度相差不远。

“这些结果代表了该领域的重要一步，并优雅地利用自然作为灵感来源，生产出具有非常规性能的新材料，”评论道菲利浦- Natalio他在以色列魏茨曼科学研究所(Weizmann Institute of Science)研究仿生材料。“水泥已经存在了大约2000年，自罗马人开始使用水泥以来，几乎没有什么变化。柔性水泥本身是新颖的，非常令人兴奋。”

Cölfen希望，如果生产能够扩大，CSH可以用于制造优质的建筑材料。“在地震频发的地区，这种材料非常有用，因为它显示出弹性变形。”这意味着建筑会晃动，但不会断裂。”

然而，他承认，商业化还有很长的路要走。由于干燥步骤快，这种方法的产量很小，而所需的聚合物使材料价格昂贵。他建议，研究避免快速干燥的升级工艺，以及使用更便宜的聚合物替代品或更少的聚合物，可能会提供解决方案。