受生物界“矛”“盾”式生存啟發 中國科大提出新仿生力學設計方案

　　中新網合肥6月24日電 (記者 吳蘭(lan) )受生物界“矛”與(yu) “盾”式的捕食者與(yu) 被捕食者之間的生存戰啟發，中國科學技術大學研究團隊與(yu) 合作者提出一種高韌性微結構力學設計方案，為(wei) 高性能先進複合材料的製備提供了新的仿生結構設計思路。

　　相關(guan) 研究成果近日發表在《美國科學院院刊》上。

　　記者24日從(cong) 中國科學技術大學獲悉，受自然界“螳螂蝦錘擊貝殼”的捕食現象啟發，該校倪勇教授、何陵輝教授研究團隊與(yu) 合作者，將螳螂蝦內(nei) 的扭轉結構與(yu) 貝殼珍珠層內(nei) 的“磚泥”交錯結構相結合，利用3D打印技術，設計了一種高斷裂韌性和對裂紋取向不敏感的非連續纖維扭轉複合結構，並提出斷裂力學模型，揭示了裂紋取向不敏感、裂紋扭轉和纖維橋聯協同的增韌機製，給出了具有最優(you) 斷裂韌性的此類複合材料結構的參數化設計策略。

　　自然界中，捕食者螳螂蝦(“矛”)內(nei) 的扭轉結構可促使裂紋偏轉增韌，被捕食者貝殼(“盾”)內(nei) 的“磚泥”交錯構型通過磚塊滑移，促進裂紋橋聯增韌，兩(liang) 者都是代表性高韌性生物材料結構。在這場生存戰爭(zheng) 中，為(wei) 什麽(me) “矛”通常會(hui) 戰勝“盾”？

　　針對上述問題，研究團隊3D打印設計了一種非連續纖維扭轉複合結構，係統的斷裂實驗表明，該結構優(you) 異的斷裂耗能對初始裂紋取向不敏感。通過調控螺旋角、纖維長度、扭轉角分布和橋聯韌性參數，可以實現適應各方向載荷的高韌性纖維複合結構設計。

　　據介紹，該工作不僅(jin) 揭示了生物材料優(you) 異斷裂韌性的一種微結構起源，也為(wei) 高性能先進複合材料的製備提供了新的仿生結構設計思路和性能優(you) 化的參數選擇原理。