科学家受虾蟹结构启发制备高强高韧仿生材料

中国科学技术大学教授骆天治团队与武汉大学副教授王正直、教授张作启合作，研究了具有防御功能的螳螂虾尾刺(矛)和寄居蟹左螯(盾)，综合利用多种实验手段揭示了其从纳米尺度到厘米尺度的化学梯度、微观结构和力学性能之间的相关性，并通过有限元分析和3D打印技术确认两种结构中的增韧机制和结构优化原理。

生物界中存在许多梯度结构设计的攻击与防御“工具”，这些梯度材料为人类提供了多种仿生材料设计原理。螳螂虾尾刺的外骨骼包括4个不同的结构层，每层都具有不同的微观结构和化学成分特征。这些层状结构的局部力学性能与微结构和化学成分密切相关，几者的组合有效地限制了裂纹的扩展，同时最大限度地释放了变形过程中的应变能，提高了结构的整体韧性和强度。

研究人员使用3D打印技术制备了多个尾刺的仿生微结构，通过力学测试验证了布林根(Bouligand)结构与径向的平行层状结构的组合，能极大地提高结构总体韧性和强度这一设计理念。这为制备高强高韧的仿生复合材料提出了一条新的路径。

(来源：中国科学报)