青春恰似火英才揚帆時

化學是一門奇妙的學科，是物質的藝術與魔法。在強烈的興趣引導下，我參加了英才計劃化學學科的遴選。一開始，對于入選我并沒有太大信心，但在老師和同學的鼓勵下，我一步步通過筆試、面試，最終進入英才計劃的培養階段。

2022 年初，我參加了英才計劃的線上冬令營培養項目。冬令營的活動內容非常豐富，活動期間，我見到了許多國內頂尖的教授，都是以前在大學教科書上看到過名字的專家。此外，我還和來自天南海北的學員朋友討論了很多化學問題，也見識到了往屆英才學員的優秀。這次活動給我留下了深刻的印象，也激勵我奮發進取，努力探尋化學學科的奧秘。

瞄準布立岡結構

2022 年1 月，在中國科學技術大學舉辦的師生見面會結束后，我們化學小組在工作人員的帶領下參觀了相關實驗室。初次來到大學校園，我非常激動，參觀實驗室的過程也讓我一飽眼福，各式各樣的實驗藥品、各類新奇的實驗裝置與儀器，讓我驚喜萬分。通過與導師溝通，閱讀相關文獻，了解學科前沿知識，我逐漸體會到了材料科學的強大魅力，最終決定選擇材料方向作為研究課題。

伴隨著現代科學技術的發展與工業水平的進步，社會對于新型高性能材料的需求越來越大。在航空航天、國防等科技工業領域，不僅要求提高材料的韌性、強度、抗沖擊等力學性能，更要求其向輕量化方向發展，使得傳統的金屬與陶瓷材料在強度、重量等方面面臨更多的挑戰。在實際應用過程中，由于沖擊等原因導致材料破壞逐漸增多，研究與制備新型抗沖擊材料成為力學材料發展的重要方向。

自然生物在數億年的自然選擇過程中，為了滿足生存需要進化出了具有獨特結構的生物材料。這些生物材料具有精密的結構和優異的力學性能，已經成為材料學家和工程學家探索新材料、新方法的靈感來源。通過復制或仿造生物材料的組成與結構，很多先進的人工材料被合成、加工出來，這些受生物材料啟發而創造出來的先進材料被稱為仿生材料。

螳螂蝦是一類古老的熱帶和亞熱帶海洋甲殼類動物，相對于其他甲殼類動物的一個明顯特征是存在一對非常適合近距離戰斗的胸部附足。其中一類采用鰲棒強力擊碎獵物，而且鰲棒抗沖擊，能夠承受數千次這樣的擊打。研究發現，這種驚人的承載能力源于鰲棒中的特殊結構——螺旋結構，這種螺旋結構也被稱為布立岡結構，可通過增加裂紋擴展路徑、增加有效應力范圍等方式，起到增韌效果，從而提升材料的抗沖擊性能。自然界中的生物具有多種螺旋角度，這些螺旋角度在不同的應用環境下發揮著各自的作用。探究不同角度間螺旋結構的抗沖擊性能差異，引發了我的研究興趣。

3D 打印助力研究落地

3D 打印技術的不斷發展為解決仿生材料的結構設計和制備問題提供了新思路。最終，經過與師兄討論，確定將仿生螺旋結構的3D 打印構筑及抗沖擊性能研究作為我的研究課題。我計劃采用PLA 材料制備螺旋結構樣本，實驗的整體思路為建模、打印、測試、分析。

實驗的第一步為建模。我自學了3DMax 軟件的基礎操作，在師兄的指導下，我利用常見的幾何體（長方體）及對象處理方法（旋轉、剪切、布爾運算等），構筑了具有不同螺旋角度（10°、20°、30°）的結構模型。首先繪制出平行的一層長方體，將該層長方體不斷旋轉角度并與另一個長方體進行布爾運算，取相交的部分不斷堆疊。

然后，利用3D 打印機打印樣品。在師兄的幫助下，我通過熔融沉積3D打印機打印了實驗樣品，在這一過程中，我學習了熔融沉積3D 打印的基礎原理，以及3D 打印機的基本操作，3 種螺旋角度的樣品各打印了5 個，供測試使用。隨后，使用擺錘沖擊實驗機進行測試，先測試螺旋角度為10°的樣品，隨后依次進行相關角度的測試。

在數據分析環節，我初步了解了Origin 軟件的功能和操作步驟，統計了在不同螺旋角度下材料吸收能量和沖擊強度的相關數據，并繪制了相關統計圖。結果表明，在螺旋角度為 10°～ 30°范圍內，仿生螺旋結構的強度隨螺旋角度的增大而增大。

未來可期

2022 年7 月下旬，學員進行了英才計劃中期評議，這是自開展課題研究以來第一次直面導師匯報工作，我非常緊張。在開展評議前，我認真準備了PPT 和匯報文稿，并在家里反復練習，最終得到了導師認可。

在英才計劃培養過程中，我有幸聆聽了很多專家的講座，開拓了視野。在中期評議匯報前，中國科學技術大學下一代移動計算與數據創新實驗室 （LIN·KE）的特任副研究員閆宇博給學員作了題為“萬物互聯，智能世界”的科普講座，讓我看到了未來的世界，看到了科學技術的魅力。

經過不斷的努力和學習，我一步步完成了自己的任務，并取得了不錯的成果。感謝英才計劃提供的平臺，不僅讓我對大學生活有了更加直觀的了解，也讓我更加深入地了解了材料科學的專業知識，對以后的學習方向有了更好的定位。面對未來的化學世界，我更加憧憬。

陳啟蒙

2022 級英才計劃化學學科學員

就讀于安徽省合肥市第八中學，2022 級英才計劃學員，師從俞書宏院士，完成研究課題“仿生螺旋結構的3D 打印構筑及抗沖擊性能研究”。