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内容导航：1、barthel指数是什么意思2、仿生又一篇《Science》1、barthel指数是什么意思
1、Barthel指数是指对患者日常生活活动的功能状态进行测量，个体得分取决于对一系列独立行为的测量，总分范围在0-100分。Barthel指数是在1965年由美国人DorotherBarthel及FloorenceMahoney设计并制订的，是美国康复治疗机构常用的一种ADL评定方法。
2、Barthel指数包括10项内容，根据是否需要帮助及其帮助程度分为0、5、10、15分四个功能等级，总分为100分。得分越高，独立性越强，依赖性越小。
3、如果患者不能达到项目中规定的标准时，给0分。60分以上提示患者生活基本可以自理，60～40分者生活需要帮助，40～20分者生活需要很大帮助，20分以下者生活完全需要帮助。Barthel指数40分以上者康复治疗的效益最大。
2、仿生又一篇《Science》
玻璃具有出色的透明度、硬度和耐久性，物美价廉，在日常生活中应用十分广泛。然而，玻璃同时也是脆性材料，不耐冲击，往往是交通工具、建筑物以及智能手机中最薄弱的环节。玻璃破碎甚至可能带来灾害性事故，比如“川航5.14事件”，就是由于驾驶舱右座前风挡玻璃突然破裂并脱落，瞬间失压，机内温度骤降。所幸机组人员应对得当，飞机成功备降成都双流机场，所有乘客平安落地。目前，增加玻璃强度和抗冲击性的常用策略是：1）热回火或化学回火，比如钢化玻璃；2）层压形成聚合物玻璃夹层状复合结构，形成夹层玻璃，很多景区的玻璃栈道就是采用的这种设计。然而，这些策略可以增加玻璃复合材料的强度，却不能显着提高玻璃的断裂韧性。为了提高玻璃的韧性和强度，科学家们开始从自然中寻找灵感，把目光聚焦于贝壳珍珠层（也称“珍珠母”）。贝类的外壳具有良好的强度和韧性，可以保护内部柔软的身体，这得益于珍珠层独特的片层堆叠方式，即将扁平多边形“砖”（碳酸钙）嵌入到了有机物“泥”中。科学家们希望将珍珠层的这种3D“砖-泥”微观结构“拷贝”到玻璃材料上来，于是具有模仿珍珠层结构的仿生材料应运而生。2019年，苏黎世联邦理工学院André R. Studart等人通过将聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA) 渗透到玻璃片支架中，同时匹配两相的折射率，开发了一种透明且坚韧的仿生珠光复合材料。尽管与玻璃相比具有优异的抗断裂性能，但这种复合材料的透明度较低。同年，加拿大麦吉尔大学Francois Barthelat教授课题组利用脉冲激光束在块状玻璃中雕刻互锁图案，制备了玻璃片层，并通过玻璃层压工艺，制备出一种抗冲击的仿生玻璃复合材料。这种具有类似珍珠层3D“砖-泥（brick-and-mortar）”微观结构的玻璃，在保留高透明度、强度和刚度的同时，还具有高韧性，它的抗冲击性比夹层玻璃和钢化玻璃高2到3倍，比起普通玻璃来更是要高15到24倍。这些方法提高了复合材料的断裂韧性和抗冲击性，但降低了刚度和强度；虽然刚度和强度通常可以通过减小图案尺寸来提高。然而，这会降低材料的透明度和可扩展性。如何平衡强度、韧性和透明度，成为仿生玻璃研究领域的一项巨大挑战。
仿生玻璃领域取得重大突破，集强度、韧性和透明度于一体的珠光玻璃复合材料问世
2021年9月10日，加拿大麦吉尔大学ALLEN J. EHRLICHER教授课题组联合Francois Barthelat教授课题组在Science发表文章，报道了一种集强度、韧性和透明度于一体的珠光玻璃复合材料。研究人员首先将微米大小的玻璃片和聚（甲基丙烯酸甲酯）（PMMA）通过离心混合和结构化，形成致密的 PMMA 玻璃层。随后，将 PMMA 的折射率调整为玻璃的折射率并对其进行化学功能化来创建连续且无缺陷界面，从而获得透明的坚韧复合材料。值得一提的是，该制造方法稳健且可扩展，且制备的复合材料可以作为当前玻璃复合材料的替代品，具有广泛的潜在应用。
01 高纵横比的硬基质+软聚合物粘结层+折射率匹配= 坚韧的透明珠光玻璃复合材料
首先，为了获得高机械性能（即高韧性、强度和刚度），整个结构框架需要具有高纵横比的硬玻璃片层（硬相）和变形能力强的聚合物粘结层（软相）；同时，为了获得高光学性能，两相的折射率必须相同；最后，硬相和软相之间需要牢固的结合，以确保高水平的界面强度并防止光散射降低光学质量。
基于以上“标准”，研究人员选择微米尺寸的玻璃片（64% 到 70% SiO2）作为硬质组分，因为它们具有高纵横比、透明度、高刚度以及易表面功能化等特性；同时，选择PMMA 作为软基质，因为 PMMA 是一种通过自由基本体聚合过程聚合的无定形聚合物 ，具有优异的可变形性 和光学性能。虽然玻璃 (nglass = 1.52) 和 PMMA (nPMMA = 1.49) 的光学折射率并不完全匹配，但可以通过向 PMMA添加有机掺杂剂菲（phenanthrene，与蒽为同分异构体）来调节。
此外，为了在玻璃和 PMMA 之间实现牢固且无缺陷的界面，研究人员采用硅烷 [(3-三甲氧基甲硅烷基) 甲基丙烯酸丙酯或 γ-MPS] 对玻璃片表面进行了功能化处理（图 1），并通过将制备的 PMMA 和玻璃片混合，然后离心以形成对齐的实体结构和高体积分数的致密玻璃片层。 最后，通过在 50°C（12 小时）、70°C（4 小时）和 100°C（2 小时）下烘干实现 PMMA 聚合。
图 1. 仿生珠光玻璃复合材料的制造方法和流程
02 向PMMA中掺杂菲，折射率匹配，透光率比仿珍珠层复合材料高出100%
研究表明，掺杂 12% 菲的 PMMA表现出高透明度（图2A），透光率与钠钙单片玻璃相当。特别是在人类视觉的敏感光谱（400 至 700 nm）（图 2B），其平均透光率仅为比钠钙玻璃少 16%（图 S2E）。同时，它还具有比类似的仿生层压复合材料高 24% 的透光率，并且比仿珍珠层复合材料的透光率高出近 100%。相比之下，没有添加掺杂剂的复合材料非常模糊，且样品由于光散射而不透明。
图 2. 添加有机掺杂剂产生高透明度的复合物，离心使结构有序和紧凑
03 表面功能化+离心辅助=优异的机械性能
除了高光学性能外，复合材料还需要具有优异的拉伸强度和断裂韧性，而这取决于高浓度的排列规整的玻璃片层。由于玻璃和 PMMA 具有不同的密度，研究人员使用离心的手段来增加复合材料中玻璃的比例，使其刚性（玻璃）相的体积分数较高，从而形成薄的间隙连接 (PMMA) 相（~17μm）。同时，离心不仅使片剂分布均匀，防止形成无片剂 PMMA 区域（图 2，C 和 E），而且会对齐玻璃片（图 2，D 和 F），使得结构有序和紧凑。
三点弯曲试验表明，用 γ-MPS 功能化的玻璃复合材料表面的硬度是未经任何表面处理的玻璃复合材料的 1.9 倍（图 3A）。同时，在“离心”的辅助下，玻璃复合材料的弯曲强度增加到~140 MPa，弯曲模量从非离心样品的 4.7 GPa 增加到以 2000g 力离心样品的~7.2 Gpa。强度的提升主要归功于，离心将玻璃片排列成平行平面的层，且产生了更密集的整体结构。
图 3. 表面功能化和离心工艺提高了玻璃复合材料的机械性能
此外，单边缺口弯曲 (SENB) 配置表明，经过离心制备的玻璃复合材料的断裂韧性（KIC）和能量吸收（WOF）分别提高了约 55% 和 30%（图 3D）。这表明离心改善了机械和断裂性能，这种改进是通过在结构中引入有序并创建类似于珍珠层结构的玻璃片和 PMMA 聚合物的交错结构来实现的（图 4 A ， B）。这种有序促进了一些重要的外在增韧机制，导致复合材料在断裂下具有优异的性能。
04 增韧机制：片剂之间的聚合物“桥”+单个片剂的“位移”+裂纹偏转
研究人员指出，在没有矿物桥和片剂互锁的情况下，当片剂分层时被激活，一个关键增韧机制是通过片剂之间聚合物韧带形成的聚合物桥接（图 4C）。这种机制是通过完全脱粘或通过在软相中形成微观空腔而发生的。如果 (i) 界面材料可变形且 (ii) 聚合物和玻璃之间的结合牢固 (33)，则片剂会由于横向位移而分层。这凸显了玻璃表面处理的作用以及随之而来的软相和硬相之间的牢固结合的重要性。
单个片剂相对于局部拉伸应力和界面剪切应力的位移（图 4D）是另一个重要的微观机制，它不仅通过软相中的塑性变形吸收能量，而且导致片剂拉出，有助于提高材料的韧性水平 （图 4，A 和 E）。裂纹偏转会导致大的塑性变形，从而吸收更多的能量，赋予材料高的断裂韧性。
图 4. 透明珠光玻璃模拟了珍珠层微观结构和增韧机制的关键方面
05 强度可媲美热钢化玻璃，韧性则更胜一筹，且允许传统的加工技术进行切割和加工
与热钢化玻璃相比，珠光玻璃复合材料表现出相似的强度，且具有更高的断裂韧性（图5）。值得注意的是，与化学钢化玻璃不同，该玻璃复合材料不仅允许使用传统的加工技术和工具进行切割和加工，而且还具有更高程度的损伤容限。
此外，玻璃复合材料在强度和断裂韧性方面也优于先前报道的仿生玻璃复合材料。
图 5. 合成和天然材料的断裂韧性与强度的 Ashby 图
长期以来，硬相对齐一直被认为是一项关键策略。离心是一种快速且可扩展的方法，可用于制造任何复合材料的几何形状和尺寸，并且可以通过增加硬相和软相之间的密度差异来进一步增强。值得注意的是，这种对结构施加离心作用有效地激活了材料的韧化机制，例如裂纹偏转、片剂分层和片剂拉出，大大提高了玻璃复合材料的断裂韧性。正是这些策略使得该珠光玻璃复合材料在断裂韧性和弯曲强度方面的机械性能优于退火、热回火和夹层玻璃。此外，通过使软相和硬相具有相同的折射率，人们可以在结构化复合材料中创建任意数量的不同材料，而且这些材料几乎没有光学缺陷。
参考文献：
Amini et al., Centrifugation and index matching yield a strong and transparent bioinspired nacreous composite. Science 373, 1229–1234 (2021). DOI: 10.1126/science.abf0277
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