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)受生物界“矛”與“盾”式的捕食者與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合作者提出一種高韌性微結構力學設計方案，為高性能先進復合材料的制備提供了新的仿生結構設計思路。

　　相關研究成果近日發表在《美國科學院院刊》上。

　　記者24日從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合作者，將螳螂蝦內的扭轉結構與貝殼珍珠層內的“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復合結構，并提出斷裂力學模型，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制，給出了具有最優斷裂韌性的此類復合材料結構的參數化設計策略。

　　自然界中，捕食者螳螂蝦(“矛”)內的扭轉結構可促使裂紋偏轉增韌，被捕食者貝殼(“盾”)內的“磚泥”交錯構型通過磚塊滑移，促進裂紋橋聯增韌，兩者都是代表性高韌性生物材料結構。在這場生存戰爭中，為什么“矛”通常會戰勝“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復合結構，系統的斷裂實驗表明，該結構優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復合結構設計。

　　據介紹，該工作不僅揭示了生物材料優異斷裂韌性的一種微結構起源，也為高性能先進復合材料的制備提供了新的仿生結構設計思路和性能優化的參數選擇原理。