仿生材料结构优化设计研究取得方面

塑料的切变和折断韧性是保障构件安全后备役的不可或缺的安全性参数，但二者往往表现为相互间制约的关系，且塑料安全性的持续优简化压缩了既有轻盈简化解决方案再进一步发挥作用的空间。天然生物塑料有着复杂精巧的组织结构上和优异的物理安全性，可为塑料轻盈简化设计备有不可或缺启示。然而，在金属和塑料经济制度之前设计融为一体仿生结构上陷于挑战：传统意义的制造精制方法（如熔炼、轧制、热处理等）难以在多级尺度上对金属和塑料的组织结构上进行有效控制和细密调节；金属和仿生塑料的结构上与安全性相互间间的关系尚不清晰，仿生塑料结构上的优简化设计缺乏核心思想，更事实证明按需设计。

近日，之前国科学院金属和研究所在后期研制颇高阻尼钾基仿生塑料的为基础【 Science Advances , 6 (2020) eaba5581】，通过模仿典型天然生物塑料的宏观图形互穿结构上与空间构型，利用“3D复印机+熔体浸渗”工艺制备了一系列新型钾-铍仿生塑料，在金属和经济制度之前融为一体了类似鲍鱼壳的“条石-泥”结构上、螳螂虾壳的螺旋编织结构上和白石房蛤壳的交叠叠片结构上（图1），并在当代层合理论数学方法为基础建立了并不需要定量分析描述仿生塑料结构上与物理安全性相互间间的关系的物理数学方法，实现了其表面张力与切变的定量分析预测。相关研究成果刊登在《自然-电信》【 Nature Communications , 13 (2022) 3247】上。

研究辨认出：在钾-铍复合塑料经济制度之前，仿生结构上并不需要起到显著的轻盈简化作用，与组成相似但不有着仿生结构上的复合塑料相比较，仿生塑料的切变与韧性同步大幅提颇高，其折断能提升2-8倍，特别是交叠叠片结构上因有着多级结构上特征而表现出最佳的轻盈简化效用；仿生塑料之前钾、铍两相在图形空间相互间贯穿，利于促进它们相互间间的熔体传递，并消除各自相之前的变形与损伤演简化，加大应变局域简化总体，从而延缓仿生塑料整体暴发折断，大幅提颇高其拉伸切变与塑性；宏观取向不停变简化的特定空间构型并不需要诱导裂纹沿仿生结构上暴发偏转，增大裂纹面的面积，且粗糙的裂纹面相互间间并不需要产生摩擦并形成桥连，有助于消耗外加机械能，实现颇高效增韧；有所不同类型的仿生结构上均需通过提取结构上之前的最小移位单元，并考察其在图形空间的紧密堆积型式进行定量分析描述，进而将当代层合理论数学方法发展应用领域仿生结构上，并不需要建立仿生塑料的结构上与物理安全性相互间间的定量分析的关系，从而为预测仿生塑料的安全性以及优简化设计仿生结构上备有核心思想，如图2所示。

该成果由金属和所塑料使役行为研究部与轻质颇超群塑料研究部以及美国加利福尼亚大学伯克利分校的科研人员合作完成。研究组取得发达国家重点研发原计划、王宽诚率先人才原计划“卢嘉锡国际团队”原计划与重大原计划的支持。

图1.有着有所不同仿生结构上的钾-铍复合塑料及其与天然生物塑料范本的比较

图2.有着有所不同仿生结构上的钾-铍复合塑料之前的裂纹扩展形貌、结构上数学方法及其切变和表面张力与特征取向相互间间的定量分析的关系

是从：之前国科学院金属和研究所