光明日報合肥3月19日電（記者常河 通訊員桂運安）中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書(shū)宏院士課題組茅瓅波副研究員等從生物礦物的殘余應力增強機制中獲得啟發(fā)，提出一種新的仿生增韌方法，可顯著(zhù)提升仿珍珠母陶瓷的韌性，韌性放大系數達16.1±1.1，優(yōu)于最先進(jìn)的仿生陶瓷。相關(guān)成果日前發(fā)表于《先進(jìn)材料》，對于先進(jìn)陶瓷材料設計和制造具有重要指導意義。

　　陶瓷具有硬度大、強度高和模量高等優(yōu)異特性，廣泛用于能源、醫療、航天航空等領(lǐng)域，然而，其脆性限制了服役環(huán)境和使用壽命。受天然珍珠母“磚-泥”結構啟發(fā)，仿珍珠母結構陶瓷韌性得到極大提升，但僅能達到原料陶瓷的10倍，天然珍珠母的韌性提升卻可以高達40倍。對很多仿珍珠母結構陶瓷來(lái)說(shuō)，其韌性放大效率不足的一個(gè)重要原因在于設計和制備多級結構時(shí)，基元片強度相對于長(cháng)徑比太低，導致裂紋在材料中擴展時(shí)基元片會(huì )直接斷裂。

　　俞書(shū)宏院士課題組利用過(guò)去發(fā)展的框架誘導礦化生長(cháng)的方法，首次實(shí)現將納米四氧化三鐵顆粒與碳酸氫鈣前驅體溶液在幾丁質(zhì)模板上共礦化，使納米顆粒原位長(cháng)入文石基元片中。利用同步輻射衍射技術(shù)，分析了文石片層中殘余應力的類(lèi)型及其作用機制。結果表明，四氧化三鐵納米顆粒承擔拉應力，由于其尺寸小，對缺陷不敏感，拉應力對其強度削弱影響不大；文石顆粒承擔壓應力，使得文石片發(fā)生破壞時(shí)需要額外的外部拉力來(lái)平衡壓應力，因此基元片的總拉伸強度得以提升。實(shí)驗證實(shí)，基元片強度的提升有利于基元片滑移與裂紋偏轉，有效提高了外部增韌機制的耗能作用。由于納米顆粒誘發(fā)的殘余應力對裂紋有閉合作用，材料的本體韌性也得到提升。結合珍珠母層狀結構的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)納米尺度殘余應力的設計，顯著(zhù)提升了仿珍珠母結構陶瓷的韌性放大因子。同時(shí)，材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能也有相應提升。

　　審稿人認為：“這是對仿生結構材料的一個(gè)顯著(zhù)貢獻，并將引發(fā)廣泛的興趣。”茅瓅波表示，這一新方法具有普適性，對于類(lèi)似仿珍珠母層狀結構的先進(jìn)陶瓷材料設計和制造具有重要指導意義。