受軟體動物貝殼閃亮內襯的啟發，研究人員創造出一種水泥複合材料，其柔韌性比普通水泥高19 倍，抗裂性比普通水泥高17 倍。它的特性可應用於瓷器和混凝土等脆性陶瓷材料。

大自然以利用有限、適度的材料開發輕質而堅韌的材料而聞名，這些材料被排列成巧妙的結構。以珍珠質為例。一些軟體動物貝殼閃閃發光的內層通常被稱為珍珠母，它是一種有機-無機複合材料，由硬礦物文石的六角形薄片組成的三維磚牆圖案，由柔軟的超彈性生物聚合物粘合而成。

雖然文石片非常脆，但生物聚合物的柔韌性使其能夠在拉應力作用下滑動，使珍珠質成為一種堅韌的材料，能夠在斷裂前發生顯著變形。現在，普林斯頓大學土木與環境工程系的研究人員透過模仿天然珍珠質的結構，創造了一種新型的優質水泥複合材料。

天然珍珠層由文石薄片組成，由一種超彈性生物聚合物黏合在一起

這項研究的第一作者、普林斯頓大學工程系研究生沙山克-古普塔（Shashank Gupta）說：”軟硬成分之間的協同作用是珍珠質具有非凡機械特性的關鍵。如果我們能設計出抵抗裂紋擴展的混凝土，我們就能讓它變得更堅硬、更安全、更耐用。

為了製作珍珠狀複合材料，研究人員用水泥漿片製作了六角形片材，並將其分層，中間用聚乙烯矽氧烷（PVS）隔開，聚乙烯矽氧烷是一種超彈性生物聚合物。然後用這種材料製成的橫梁對複合材料的機械響應進行了測試，並與用固體（整體）澆注水泥漿製成的橫梁進行了比較。

研究人員對梁進行了缺口三點彎曲（3PB）試驗，即在樑的中部向下施壓，在兩端向上施壓，以評估抗裂性或斷裂韌性。試驗結果表明，水泥漿澆注的”硬”梁很脆；由於沒有柔韌性（延展性），它們在達到失效點時突然完全斷裂。相較之下，珍珠質複合樑的延展性是對照樑的19 倍，斷裂韌性是對照樑的17.1 倍，而強度幾乎相同。

研究人員製作的珍珠質水泥複合材料示意圖

普林斯頓大學建築材料與積層製造（AM2）實驗室負責人、該研究的通訊作者雷扎-莫伊尼（Reza Moini）說：”我們的生物啟發方法不是簡單地模仿自然界的微觀結構，而是學習其基本原理，並利用這些原理來指導人造材料的工程設計。設計使水泥漿的內置表層結構與聚合物的特性以及它們之間的界面保持平衡。

當然，這些結果都是在實驗室中得出的。研究人員計劃在實際環境中測試生物啟發水泥複合材料，並研究其機械性能是否可用於提高混凝土和瓷器等其他材料的抗裂性。

這項研究發表在《先進功能材料》雜誌。