科学家找到提升仿生珍珠母断裂韧性新机制

记者12月24日从中国科学技术大学获悉，该校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，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。相关成果日前发表于《细胞》旗下综合性期刊《创新》上。

研究人员将两种模型整合至仿生结构陶瓷中：一种是常见的仿珍珠母微米尺度的“砖-泥”结构模型，另一种是广泛应用于生物和人工材料的纳米尺度梯度结构模型。研究人员通过构筑氧化石墨烯与有机物的混合框架，利用框架诱导矿化生长的方法制备具有氧化石墨烯梯度的仿生珍珠母。

结果发现，与没有梯度的仿生珍珠母相比，具有氧化石墨烯梯度的材料表现出更高的内部和外部断裂韧性。纳米压痕测试表明，具有梯度的仿生珍珠母的基元片能更有效地进行滑动和裂纹偏转，从而实现更高的外部增韧。研究人员表示，他们目前的工作证明了多尺度结构设计增韧的可行性，为实现超强结构材料的制备提供了一种策略和思路。