“矛与盾”式生物竞争仿生研究获新成就

 
 
“矛与盾”式生物竞争仿生研究获新成就  
中国科大设计出新型高韧性复合质料  

受自然界“螳螂虾锤击贝壳”的捕食现象开导，中国科学技能大学传授倪勇、传授何陵辉研究团队与相助者将螳螂虾内的“扭转”布局与贝壳珍珠层内的“砖泥”交织布局相团结，操作3D打印技能设计了一种高断裂韧性和对裂纹取向不敏感的非持续纤维扭转复合布局，并提出断裂力学模子展现了裂纹取向不敏感、裂纹扭转和纤维桥联协同的增韧机制，给出了具有最优断裂韧性的此类复合质料布局的参数化设计计策。该成就6月22颁发于美国《国度科学院院刊》。

自然界中，捕食者螳螂虾（“矛”）内的“扭转”布局，可促使裂纹偏转增韧；被捕食者贝壳（“盾”）内的“砖泥”交织构型，通过砖块滑移可促进裂纹桥联增韧。这两种微布局是高韧性生物质料的代表性布局。然而，在这场生物竞争中，为什么 “矛”凡是会战胜“盾”？“矛”与“盾”式捕食者与被捕食者之间的保留战争开导人们，调控微布局是布局质料获取超常力学机能的重要途径。

中国科大研究团队将“扭转”布局与“砖泥”交织布局组合，3D打印设计了一种非持续纤维扭转（DFB）复合布局。尝试表白，该布局优异的断裂耗能对初始裂纹取向不敏感，同时在临界螺旋角下断裂耗能最优。断裂力学阐明表白，对裂纹取向不敏感的高断裂韧性，源于DFB布局中的裂纹偏转和桥联协同的殽杂增韧机制；存在临界螺旋角，裂纹偏转和桥联模式间的协同导致最优断裂耗能。通过调控螺旋角、纤维长度、扭转角漫衍和桥联韧性参数，可实现适应各偏向载荷的高韧性纤维复合布局设计。

该事情不只展现了生物质料优异断裂韧性的一种微布局发源，也为高机能先进复合质料制备提供了新的仿生设计思路。

相关论文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.2000639117

版权声明：凡本网注明“来历：中国科学报、科学网、科学新闻杂志”的所有作品，网站转载，请在正文上方注明来历和作者，且不得对内容作实质性窜改；微信公家号、头条号等新媒体平台，转载请接洽授权。邮箱：shouquan@stimes.cn。