中国科大提出一种提升仿生珍珠母断裂韧性的新机制
2023-11-22 12:32:55
近日，中国科学技术大学俞书宏院士团队通过在仿生珍珠母基元片中引入纳米梯度结构，诱导基元片产生预应力从而强化其强度，最终大幅提升了材料的断裂韧性（图1），证明了通过引入纳米结构进一步优化仿生结构陶瓷性能的可行性。相关成果以“Nanograded artificial nacre with efficient energy dissipation”为题发表于Cell出版社旗下的综合性期刊《TheInnovation》上（TheInnovation2023, 4(6), 11505）。
仿生结构陶瓷的实际应用需要在材料具有优异的性能。这项工作证明，通过在多级尺度上整合设计原则，无论这些原则是否运用仿生理念，都可以实现这一目标。此外，同时控制不同尺度的结构特征具有挑战性，而本研究利用矿化过程来实现这一目标。以矿物前驱体结晶为驱动力，使纳米片向基元片表面聚集，从而在矿物基元片中构建氧化石墨烯梯度。组分梯度在基元片表面引起压应力场，由此改善了基元片的硬度和强度；结合仿珍珠母微米尺度的层状结构的优点，最终在宏观尺度下表现出了比无梯度仿生珍珠母更高的断裂韧性。目前的工作证明了多尺度结构设计增韧的可行性，为实现多尺度结构设计的集成和超强结构材料的制备提供了一种可行的策略和思路。
中国科学技术大学化学系博士后孟玉峰为第一作者，我校俞书宏院士和茅瓅波副研究员为论文通讯作者。该研究工作得到了中国科学院先导项目、国家重点研发计划、新基石科学基金会、国家自然科学基金重点项目和青年项目等项目的资助支持。
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