如何用纳米纤维重塑材料力学性能？
2024-06-24 18:37:11
中国科学技术大学的俞书宏院士团队开创性地提出了一种新型轻质高强的仿生非连续布利冈结构纳米复合材料。这种材料借鉴了自然界中骨、鱼鳞、龙虾壳等生物材料的纤维增强结构，通过程序化组装纳米纤维技术，实现了非连续纤维桥连和布利冈构造诱导的裂纹偏转，显著提升了材料的韧性。该成果不仅在《物质》国际期刊上发表，更预示着在高性能结构材料领域的一项重大突破。
布利冈结构，一种由单向纳米纤维片层螺旋堆叠而成的典型增强结构，在自然界中广泛存在，赋予了生物材料卓越的力学性能。然而，这种结构的潜力尚未被充分挖掘。俞书宏团队通过创新的程序化装置，采用硬硅钙石纳米纤维和海藻酸钠，成功制备了具有非连续布利冈结构的纳米复合材料。实验结果表明，这种材料的力学性能超越了众多天然和仿生材料，以及一些工程纤维复合材料。
通过断口微结构分析和理论模拟，研究人员揭示了该材料的裂纹偏转和纤维桥连增韧机制。这项研究不仅为开发具有高损伤容忍性能的骨修复材料等提供了新思路，也为提升传统纤维增强复合材料的性能指明了方向，预示着纳米纤维复合材料领域的广阔应用前景。