青春恰似火英才扬帆时

化学是一门奇妙的学科，是物质的艺术与魔法。在强烈的兴趣引导下，我参加了英才计划化学学科的遴选。一开始，对于入选我并没有太大信心，但在老师和同学的鼓励下，我一步步通过笔试、面试，最终进入英才计划的培养阶段。

2022 年初，我参加了英才计划的线上冬令营培养项目。冬令营的活动内容非常丰富，活动期间，我见到了许多国内顶尖的教授，都是以前在大学教科书上看到过名字的专家。此外，我还和来自天南海北的学员朋友讨论了很多化学问题，也见识到了往届英才学员的优秀。这次活动给我留下了深刻的印象，也激励我奋发进取，努力探寻化学学科的奥秘。

瞄准布立冈结构

2022 年1 月，在中国科学技术大学举办的师生见面会结束后，我们化学小组在工作人员的带领下参观了相关实验室。初次来到大学校园，我非常激动，参观实验室的过程也让我一饱眼福，各式各样的实验药品、各类新奇的实验装置与仪器，让我惊喜万分。通过与导师沟通，阅读相关文献，了解学科前沿知识，我逐渐体会到了材料科学的强大魅力，最终决定选择材料方向作为研究课题。

伴随着现代科学技术的发展与工业水平的进步，社会对于新型高性能材料的需求越来越大。在航空航天、国防等科技工业领域，不仅要求提高材料的韧性、强度、抗冲击等力学性能，更要求其向轻量化方向发展，使得传统的金属与陶瓷材料在强度、重量等方面面临更多的挑战。在实际应用过程中，由于冲击等原因导致材料破坏逐渐增多，研究与制备新型抗冲击材料成为力学材料发展的重要方向。

自然生物在数亿年的自然选择过程中，为了满足生存需要进化出了具有独特结构的生物材料。这些生物材料具有精密的结构和优异的力学性能，已经成为材料学家和工程学家探索新材料、新方法的灵感来源。通过复制或仿造生物材料的组成与结构，很多先进的人工材料被合成、加工出来，这些受生物材料启发而创造出来的先进材料被称为仿生材料。

螳螂虾是一类古老的热带和亚热带海洋甲壳类动物，相对于其他甲壳类动物的一个明显特征是存在一对非常适合近距离战斗的胸部附足。其中一类采用鳌棒强力击碎猎物，而且鳌棒抗冲击，能够承受数千次这样的击打。研究发现，这种惊人的承载能力源于鳌棒中的特殊结构——螺旋结构，这种螺旋结构也被称为布立冈结构，可通过增加裂纹扩展路径、增加有效应力范围等方式，起到增韧效果，从而提升材料的抗冲击性能。自然界中的生物具有多种螺旋角度，这些螺旋角度在不同的应用环境下发挥着各自的作用。探究不同角度间螺旋结构的抗冲击性能差异，引发了我的研究兴趣。

3D 打印助力研究落地

3D 打印技术的不断发展为解决仿生材料的结构设计和制备问题提供了新思路。最终，经过与师兄讨论，确定将仿生螺旋结构的3D 打印构筑及抗冲击性能研究作为我的研究课题。我计划采用PLA 材料制备螺旋结构样本，实验的整体思路为建模、打印、测试、分析。

实验的第一步为建模。我自学了3DMax 软件的基础操作，在师兄的指导下，我利用常见的几何体（长方体）及对象处理方法（旋转、剪切、布尔运算等），构筑了具有不同螺旋角度（10°、20°、30°）的结构模型。首先绘制出平行的一层长方体，将该层长方体不断旋转角度并与另一个长方体进行布尔运算，取相交的部分不断堆叠。

然后，利用3D 打印机打印样品。在师兄的帮助下，我通过熔融沉积3D打印机打印了实验样品，在这一过程中，我学习了熔融沉积3D 打印的基础原理，以及3D 打印机的基本操作，3 种螺旋角度的样品各打印了5 个，供测试使用。随后，使用摆锤冲击实验机进行测试，先测试螺旋角度为10°的样品，随后依次进行相关角度的测试。

在数据分析环节，我初步了解了Origin 软件的功能和操作步驟，统计了在不同螺旋角度下材料吸收能量和冲击强度的相关数据，并绘制了相关统计图。结果表明，在螺旋角度为 10°～ 30°范围内，仿生螺旋结构的强度随螺旋角度的增大而增大。

未来可期

2022 年7 月下旬，学员进行了英才计划中期评议，这是自开展课题研究以来第一次直面导师汇报工作，我非常紧张。在开展评议前，我认真准备了PPT 和汇报文稿，并在家里反复练习，最终得到了导师认可。

在英才计划培养过程中，我有幸聆听了很多专家的讲座，开拓了视野。在中期评议汇报前，中国科学技术大学下一代移动计算与数据创新实验室 （LIN·KE）的特任副研究员闫宇博给学员作了题为“万物互联，智能世界”的科普讲座，让我看到了未来的世界，看到了科学技术的魅力。

经过不断的努力和学习，我一步步完成了自己的任务，并取得了不错的成果。感谢英才计划提供的平台，不仅让我对大学生活有了更加直观的了解，也让我更加深入地了解了材料科学的专业知识，对以后的学习方向有了更好的定位。面对未来的化学世界，我更加憧憬。

陈启蒙

2022 级英才计划化学学科学员

就读于安徽省合肥市第八中学，2022 级英才计划学员，师从俞书宏院士，完成研究课题“仿生螺旋结构的3D 打印构筑及抗冲击性能研究”。