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沐鸣注册珍珠层就不会那么坚硬了

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研究人员警告说,自然界中的一些层状结构——如珍珠层、鹿角和海螺壳——非常坚硬,但并非普遍存在。
 
珍珠——软体动物外壳上的闪光部分——是生物灵感设计的典型代表。尽管珍珠层由易碎的白垩构成,但其复杂的层状微结构赋予了它非凡的抵抗裂纹扩展的能力,这种材料特性被称为韧性。
 
长期以来,工程师们一直试图设计出更坚固的材料,沐鸣注册以模仿这种自然的分层,但新的发现表明需要谨慎。
 
在《自然通讯》的研究中,研究人员测试了另一种因其物理特性而闻名的层状微观结构——一种被称为Euplectella aspergillum的海绵的锚针。针状体是层状玻璃的细丝,将海绵固定在海底。研究人员说,针状体的层状结构常被拿来与珍珠层相比较,人们认为针状体的结构同样可以增强韧性。而这项新研究的结果却恰恰相反。
 
“尽管珍珠层和真针状体的结构有相似之处,我们发现针状体的结构在增强其韧性方面做得相对较少,这与长期的假设相反,”该研究的合著者、布朗大学刚毕业的博士生Max Monn说。
 
弯曲针状体直到它们折断
 
在这项研究中,研究人员比较了Euplectella针状体和另一种海绵物种Tethya aurantia的韧性。特提亚针状体的化学组成与真褶菌针状体相似,但缺乏层状结构。为了测试韧性,研究小组在针状体上开了小口,然后弯曲它们。通过测量裂纹在弯曲应变作用下从缺口扩展时所消耗的能量,研究人员可以量化两种类型针状体的韧性。
 
实验表明,这两种针状体的韧度差别很小,这说明Euplectella的分层并不能提供很大的韧度增强。
 
利用计算机建模,研究人员能够更深入地研究为什么分层增强了某些材料的韧性,而不是其他材料。结果表明,沐鸣注册代理圆柱形针状体的分层曲率对层状结构的韧性增强起着抑制作用。研究人员说,与珍珠层类似的扁平层似乎可以防止裂缝从一层向另一层扩散。但在具有弯曲层的材料中,如真褶菌针状体,裂纹能够从一层跳跃到另一层,而不是在层之间停止。
 
曲率和韧性
 
布朗大学工程学院的助理教授兼该论文的主要作者Haneesh Kesari说,这些发现揭示了一种之前未知的层状材料的弯曲度和韧性之间的关系,并对仿生复合材料的设计具有启示意义。
 
“具体来说,它表明,如果你采用分层结构来增强材料的韧性,你应该小心那些需要弯曲层的区域,”Kesari说。“我们对针状体的测量和计算模型的结果表明,弯曲层的韧性增强程度不如平面层。”
 
这些发现并不意味着Euplectella针状体的分层结构不有趣。之前来自Kesari实验室的研究表明,这种分层结构似乎极大地提高了针状体的弯曲强度,从而在弯曲失效之前能够承受较大的弯曲曲率。但是弯曲强度和韧性是非常不同的机械性能,研究人员说,帮助消除分层总是增强韧性的想法是一个有用的见解,一般的仿生设计。
 
“我们的研究表明,并不是所有的分层结构都能显著提高韧性,沐鸣注册帐号”布朗大学的研究生和研究合著者Sayaka Kochiyama说。“更好地理解结构-性能关系对于避免幼稚的生物模拟是必要的。”
 
这项研究得到了海军研究办公室、美国国家科学基金会、美国机械工程师协会和美国国家航空航天局罗德岛空间资助联盟的支持。