新華社合肥6月24日電(記者陳諾、周暢)記者從中國科學技術大學獲悉,該校俞書宏院士團隊聯合吳恒安教授團隊成功揭示雙殼綱褶紋冠蚌鉸鏈內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構設計與成分固有特性相結合的耐疲勞設計新策略,為未來耐疲勞結構材料的合理設計和制備提供了新的見解。相關研究成果日前發表在國際學術期刊《科學》上。

脆性材料作為結構或功能部件被廣泛應用于航空航天、電子器件和組織工程等領域。由于人工脆性材料對微裂紋和不易察覺的缺陷很敏感,在長時間的循環載荷作用下,材料很容易累積損傷產生疲勞裂紋,進而存在失效的風險。隨著可折疊穿戴設備的發展,對具有高疲勞抗性的可變形功能材料的需求日益凸顯。尋找并開發新的耐疲勞結構模型對未來可變形功能材料的設計制備具有重要的科學意義和應用價值。

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十萬次的開合運動,而連接兩片外殼的鉸鏈部位也會經歷反復的受壓和變形,表現出優異的耐疲勞性能。

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計新機制,填補了國際上含脆性組元的仿生耐疲勞材料設計的空白,所提出的整合跨尺度結構特征與功能特性的設計策略,能夠在不同尺度上充分發揮每種成分的固有特性,從而實現材料整體性能的優化。這種兼顧變形性和耐疲勞性的跨尺度設計原則,有望為未來功能材料的仿生設計和創制提供嶄新思路。