光明日報合肥3月19日電（記者常河 通訊員桂運安）中國科學技術大學俞書(shu) 宏院士課題組茅瓅波副研究員等從(cong) 生物礦物的殘餘(yu) 應力增強機製中獲得啟發，提出一種新的仿生增韌方法，可顯著提升仿珍珠母陶瓷的韌性，韌性放大係數達16.1±1.1，優(you) 於(yu) 最先進的仿生陶瓷。相關(guan) 成果日前發表於(yu) 《先進材料》，對於(yu) 先進陶瓷材料設計和製造具有重要指導意義(yi) 。

　　陶瓷具有硬度大、強度高和模量高等優(you) 異特性，廣泛用於(yu) 能源、醫療、航天航空等領域，然而，其脆性限製了服役環境和使用壽命。受天然珍珠母“磚-泥”結構啟發，仿珍珠母結構陶瓷韌性得到極大提升，但僅(jin) 能達到原料陶瓷的10倍，天然珍珠母的韌性提升卻可以高達40倍。對很多仿珍珠母結構陶瓷來說，其韌性放大效率不足的一個(ge) 重要原因在於(yu) 設計和製備多級結構時，基元片強度相對於(yu) 長徑比太低，導致裂紋在材料中擴展時基元片會(hui) 直接斷裂。

　　俞書(shu) 宏院士課題組利用過去發展的框架誘導礦化生長的方法，首次實現將納米四氧化三鐵顆粒與(yu) 碳酸氫鈣前驅體(ti) 溶液在幾丁質模板上共礦化，使納米顆粒原位長入文石基元片中。利用同步輻射衍射技術，分析了文石片層中殘餘(yu) 應力的類型及其作用機製。結果表明，四氧化三鐵納米顆粒承擔拉應力，由於(yu) 其尺寸小，對缺陷不敏感，拉應力對其強度削弱影響不大；文石顆粒承擔壓應力，使得文石片發生破壞時需要額外的外部拉力來平衡壓應力，因此基元片的總拉伸強度得以提升。實驗證實，基元片強度的提升有利於(yu) 基元片滑移與(yu) 裂紋偏轉，有效提高了外部增韌機製的耗能作用。由於(yu) 納米顆粒誘發的殘餘(yu) 應力對裂紋有閉合作用，材料的本體(ti) 韌性也得到提升。結合珍珠母層狀結構的優(you) 點，通過納米尺度殘餘(yu) 應力的設計，顯著提升了仿珍珠母結構陶瓷的韌性放大因子。同時，材料的動態力學性能也有相應提升。

　　審稿人認為(wei) ：“這是對仿生結構材料的一個(ge) 顯著貢獻，並將引發廣泛的興(xing) 趣。”茅瓅波表示，這一新方法具有普適性，對於(yu) 類似仿珍珠母層狀結構的先進陶瓷材料設計和製造具有重要指導意義(yi) 。