中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)提出全速度沖擊防護(hù)仿生材料設(shè)計(jì)新策略

中國(guó)教育報(bào)-中國(guó)教育新聞網(wǎng)訊（記者 方夢(mèng)宇）記者近日從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校俞書(shū)宏院士團(tuán)隊(duì)提出了一種獨(dú)特的梯度雙重布里岡結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路，并成功制備出一種新型工程防護(hù)材料，實(shí)現(xiàn)了全速度下材料防護(hù)性能的同步提升，為未來(lái)開(kāi)發(fā)在復(fù)雜環(huán)境下服役的防護(hù)結(jié)構(gòu)材料提供了全新的設(shè)計(jì)思路。相關(guān)成果發(fā)表于《科學(xué)進(jìn)展》。

防護(hù)用工程結(jié)構(gòu)材料通常面臨復(fù)雜的服役環(huán)境。現(xiàn)有的工程防護(hù)材料受限于層間開(kāi)層、質(zhì)量過(guò)重以及強(qiáng)韌互斥等問(wèn)題隱患，逐漸難以滿足日益復(fù)雜的服役環(huán)境需求。自然界中的生物裝甲為研制抗沖擊材料提供了豐富的靈感來(lái)源。其中，鱗片作為魚(yú)類的最外部“防護(hù)裝備”，引起了廣泛關(guān)注。研究人員在魚(yú)鱗中發(fā)現(xiàn)一種獨(dú)特的布利岡結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以通過(guò)誘導(dǎo)裂紋擴(kuò)展等方式實(shí)現(xiàn)增韌。

此外，近年研究人員還在“古化石”腔棘魚(yú)中發(fā)現(xiàn)了獨(dú)特的雙重布利岡結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出具有更為優(yōu)異的力學(xué)性能。然而，目前關(guān)于雙重布利岡結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能研究以及更廣泛的布利岡大類結(jié)構(gòu)在寬譜加載速度下的防護(hù)性能研究依然缺乏。

俞書(shū)宏團(tuán)隊(duì)通過(guò)協(xié)同考慮纖維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與組分調(diào)控，提出了一種獨(dú)特的梯度雙重布利岡（DT-Bou-G）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路。研究團(tuán)隊(duì)以軟質(zhì)熱塑性聚氨酯和硬質(zhì)聚乳酸為基本模型原料，通過(guò)雙料熔融噴頭3D打印技術(shù)，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)材料組分由硬質(zhì)聚乳酸向軟質(zhì)熱塑性聚氨酯梯度轉(zhuǎn)變，并最終制備出新型仿生梯度雙重布利岡復(fù)合材料。該復(fù)合材料在準(zhǔn)靜態(tài)力學(xué)測(cè)試（單邊開(kāi)口梁）、低速?zèng)_擊測(cè)試（擺錘沖擊和落錘沖擊）和高速?zèng)_擊測(cè)試（子彈沖擊）中都展現(xiàn)出更強(qiáng)的防護(hù)性能。

研究人員介紹，這項(xiàng)工作展現(xiàn)了仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與組分優(yōu)化在抗沖擊材料中的協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)了全速度下材料防護(hù)性能的同步提升，為未來(lái)開(kāi)發(fā)在復(fù)雜環(huán)境下服役的防護(hù)結(jié)構(gòu)材料提供了全新的設(shè)計(jì)思路。