中國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)河蚌鉸鏈的耐疲勞秘密
新華社合肥6月24日電（記者陳諾、周暢）記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校俞書宏院士團隊聯(lián)合吳恒安教授團隊成功揭示雙殼綱褶紋冠蚌鉸鏈內(nèi)的可變形生物礦物硬組織的耐疲勞機制，提出了一種多尺度結(jié)構(gòu)設(shè)計與成分固有特性相結(jié)合的耐疲勞設(shè)計新策略，為未來耐疲勞結(jié)構(gòu)材料的合理設(shè)計和制備提供了新的見解。相關(guān)研究成果日前發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上。
脆性材料作為結(jié)構(gòu)或功能部件被廣泛應(yīng)用于航空航天、電子器件和組織工程等領(lǐng)域。由于人工脆性材料對微裂紋和不易察覺的缺陷很敏感，在長時間的循環(huán)載荷作用下，材料很容易累積損傷產(chǎn)生疲勞裂紋，進而存在失效的風(fēng)險。隨著可折疊穿戴設(shè)備的發(fā)展，對具有高疲勞抗性的可變形功能材料的需求日益凸顯。尋找并開發(fā)新的耐疲勞結(jié)構(gòu)模型對未來可變形功能材料的設(shè)計制備具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價值。
雙殼綱動物褶紋冠蚌又稱雞冠蚌，是一種常見的淡水蚌類。為了滿足生存需求，其外殼在一生中需要進行數(shù)十萬次的開合運動，而連接兩片外殼的鉸鏈部位也會經(jīng)歷反復(fù)的受壓和變形，表現(xiàn)出優(yōu)異的耐疲勞性能。
本項科研工作中，研究人員揭示了鉸鏈部位中的折扇形礦物硬組織所蘊含的跨尺度耐疲勞設(shè)計原理。這項研究揭示了含脆性基元的生物礦物材料在較大形變下的耐疲勞設(shè)計新機制，填補了國際上含脆性組元的仿生耐疲勞材料設(shè)計的空白，所提出的整合跨尺度結(jié)構(gòu)特征與功能特性的設(shè)計策略，能夠在不同尺度上充分發(fā)揮每種成分的固有特性，從而實現(xiàn)材料整體性能的優(yōu)化。這種兼顧變形性和耐疲勞性的跨尺度設(shè)計原則，有望為未來功能材料的仿生設(shè)計和創(chuàng)制提供嶄新思路。
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