記者6月9日從中國科大獲悉，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書宏院士團隊提出了一種獨特的梯度雙重布里岡結(jié)構(gòu)設(shè)計思路，并成功制備出一種新型工程防護材料，實現(xiàn)了全速度下材料防護性能的同步提升，為未來開發(fā)在復(fù)雜環(huán)境下服役的防護結(jié)構(gòu)材料提供了全新的設(shè)計思路。相關(guān)成果發(fā)表于《科學(xué)進展》。
防護用工程結(jié)構(gòu)材料通常面臨復(fù)雜的服役環(huán)境。現(xiàn)有的工程防護材料受限于層間開層、質(zhì)量過重以及強韌互斥等問題隱患，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源。其中，鱗片作為魚類的最外部“防護裝備”，引起了廣泛關(guān)注。研究人員在魚鱗中發(fā)現(xiàn)一種獨特的布利岡結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以通過誘導(dǎo)裂紋擴展等方式實現(xiàn)增韌。此外，近年研究人員還在“古化石”腔棘魚中發(fā)現(xiàn)了獨特的雙重布利岡結(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性能研究依然缺乏。
俞書宏團隊通過協(xié)同考慮纖維結(jié)構(gòu)設(shè)計與組分調(diào)控，提出了一種獨特的梯度雙重布利岡(DT-Bou-G)結(jié)構(gòu)設(shè)計思路。研究團隊以軟質(zhì)熱塑性聚氨酯和硬質(zhì)聚乳酸為基本模型原料，通過雙料熔融噴頭3D打印技術(shù)，實現(xiàn)目標材料組分由硬質(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)合材料在準靜態(tài)力學(xué)測試(單邊開口梁)、低速沖擊測試(擺錘沖擊和落錘沖擊)和高速沖擊測試(子彈沖擊)中都展現(xiàn)出更強的防護性能。
研究人員介紹，這項工作展現(xiàn)了仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計與組分優(yōu)化在抗沖擊材料中的協(xié)同作用，實現(xiàn)了全速度下材料防護性能的同步提升，為未來開發(fā)在復(fù)雜環(huán)境下服役的防護結(jié)構(gòu)材料提供了全新的設(shè)計思路。
責(zé)任編輯：陸迪
