以冷冻作为构建复杂复合材料的途径

坚固、超轻且坚韧的材料在各种应用中需求量很大，这要求从微米到纳米尺度精心设计其结构和组件。珍珠层——存在于许多软体动物壳中的一种结构——和骨骼经常被用作自然界如何通过有机-无机混合复合材料实现这一目标的范例。遗憾的是，将珍珠层式的巧妙设计转化为合成材料已被证明极其困难，部分原因在于其错综复杂的结构需要在多个长度尺度上进行复制。我们展示了如何利用结冰的物理学原理来开发复杂的孔隙材料和层状混合材料，包括人工骨骼、陶瓷/金属复合材料，以及用于骨组织再生的多孔支架，其强度高达目前用于植入的材料的四倍。