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科研人員以蜻蜓翅膀為靈感打造出堅硬而強(qiáng)韌的可修復(fù)材料

2021-06-08 09:20:51 來源：中國科學(xué)報

日前，南京理工大學(xué)教授傅佳駿和四川大學(xué)教授傅強(qiáng)、副研究員吳凱合作報道了一種以蜻蜓翅膀為靈感打造的堅硬而強(qiáng)韌的可修復(fù)材料。相關(guān)論文近日刊登于《物質(zhì)》。

近年來，研究人員專注于開發(fā)具有高強(qiáng)度、高模量的可修復(fù)材料，這類材料在智能建筑、航空航天、汽車工業(yè)等領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。然而，目前報道的基于超分子相互作用的剛性可修復(fù)材料都表現(xiàn)出脆性斷裂的特征。

蜻蜓翅膀具有從微納尺度到宏觀尺度的獨特分級結(jié)構(gòu)，這種分級結(jié)構(gòu)完美地賦予了其卓越的力學(xué)性能。例如，蜻蜓翅膀中剛性的翅脈能夠抵抗機(jī)械變形，從而給翅膀提供所需的強(qiáng)度和剛度，而嵌入翅脈中的翅膜則能夠有效分散外界作用力，所以翅膜和翅脈組合而成的連通型混合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有協(xié)同增強(qiáng)作用。研究證實，蜻蜓的翅膀是輕量化的，其比強(qiáng)度和比剛度高于商用航空鋁合金。同時，由于蜻蜓翅膀具有高度規(guī)則的分級結(jié)構(gòu)和特殊的止裂效果，還具有優(yōu)異的韌性、承載能力和抗疲勞能力，這也給翅膀提供了保護(hù)作用，防止空氣摩擦造成蜻蜓翅膀折斷。

研究人員通過定構(gòu)加工的思路，在硬而脆的可修復(fù)聚合物基體中植入三維互聯(lián)的仿蜻蜓翅膀微結(jié)構(gòu)骨架，解決了剛性可修復(fù)材料脆性斷裂的問題。與初始材料相比，制備的仿生復(fù)合材料的綜合力學(xué)性能有了顯著提升，其剛度提高了3.8倍，強(qiáng)度提高了25倍，應(yīng)變提高了7.9倍，斷裂韌性則提高了54.3倍。

此外，制備的仿生復(fù)合材料還具有快速的光控可修復(fù)性能、優(yōu)異的熱穩(wěn)定性以及良好的電磁屏蔽能力，是一種多功能集成的堅韌復(fù)合材料。

標(biāo)簽：蜻蜓翅膀堅硬強(qiáng)韌可修復(fù) 材料