我國(guó)學(xué)者提出增強(qiáng)仿生陶瓷韌性的新方法
光明日?qǐng)?bào)合肥3月19日電(記者常河 通訊員桂運(yùn)安)中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書宏院士課題組茅瓅波副研究員等從生物礦物的殘余應(yīng)力增強(qiáng)機(jī)制中獲得啟發(fā),提出一種新的仿生增韌方法,可顯著提升仿珍珠母陶瓷的韌性,韌性放大系數(shù)達(dá)16.1±1.1,優(yōu)于最先進(jìn)的仿生陶瓷。相關(guān)成果日前發(fā)表于《先進(jìn)材料》,對(duì)于先進(jìn)陶瓷材料設(shè)計(jì)和制造具有重要指導(dǎo)意義。
陶瓷具有硬度大、強(qiáng)度高和模量高等優(yōu)異特性,廣泛用于能源、醫(yī)療、航天航空等領(lǐng)域,然而,其脆性限制了服役環(huán)境和使用壽命。受天然珍珠母“磚-泥”結(jié)構(gòu)啟發(fā),仿珍珠母結(jié)構(gòu)陶瓷韌性得到極大提升,但僅能達(dá)到原料陶瓷的10倍,天然珍珠母的韌性提升卻可以高達(dá)40倍。對(duì)很多仿珍珠母結(jié)構(gòu)陶瓷來(lái)說(shuō),其韌性放大效率不足的一個(gè)重要原因在于設(shè)計(jì)和制備多級(jí)結(jié)構(gòu)時(shí),基元片強(qiáng)度相對(duì)于長(zhǎng)徑比太低,導(dǎo)致裂紋在材料中擴(kuò)展時(shí)基元片會(huì)直接斷裂。
俞書宏院士課題組利用過(guò)去發(fā)展的框架誘導(dǎo)礦化生長(zhǎng)的方法,首次實(shí)現(xiàn)將納米四氧化三鐵顆粒與碳酸氫鈣前驅(qū)體溶液在幾丁質(zhì)模板上共礦化,使納米顆粒原位長(zhǎng)入文石基元片中。利用同步輻射衍射技術(shù),分析了文石片層中殘余應(yīng)力的類型及其作用機(jī)制。結(jié)果表明,四氧化三鐵納米顆粒承擔(dān)拉應(yīng)力,由于其尺寸小,對(duì)缺陷不敏感,拉應(yīng)力對(duì)其強(qiáng)度削弱影響不大;文石顆粒承擔(dān)壓應(yīng)力,使得文石片發(fā)生破壞時(shí)需要額外的外部拉力來(lái)平衡壓應(yīng)力,因此基元片的總拉伸強(qiáng)度得以提升。實(shí)驗(yàn)證實(shí),基元片強(qiáng)度的提升有利于基元片滑移與裂紋偏轉(zhuǎn),有效提高了外部增韌機(jī)制的耗能作用。由于納米顆粒誘發(fā)的殘余應(yīng)力對(duì)裂紋有閉合作用,材料的本體韌性也得到提升。結(jié)合珍珠母層狀結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn),通過(guò)納米尺度殘余應(yīng)力的設(shè)計(jì),顯著提升了仿珍珠母結(jié)構(gòu)陶瓷的韌性放大因子。同時(shí),材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能也有相應(yīng)提升。
審稿人認(rèn)為:“這是對(duì)仿生結(jié)構(gòu)材料的一個(gè)顯著貢獻(xiàn),并將引發(fā)廣泛的興趣?!泵┉|波表示,這一新方法具有普適性,對(duì)于類似仿珍珠母層狀結(jié)構(gòu)的先進(jìn)陶瓷材料設(shè)計(jì)和制造具有重要指導(dǎo)意義。
版權(quán)聲明:凡注明“來(lái)源:中國(guó)西藏網(wǎng)”或“中國(guó)西藏網(wǎng)文”的所有作品,版權(quán)歸高原(北京)文化傳播有限公司。任何媒體轉(zhuǎn)載、摘編、引用,須注明來(lái)源中國(guó)西藏網(wǎng)和署著作者名,否則將追究相關(guān)法律責(zé)任。
- 1076個(gè)重大項(xiàng)目總投資5042億元 寧夏今年首批重大項(xiàng)目集中開(kāi)工
- 河南扶溝:讓本土紅色故事傳頌更久遠(yuǎn)
- 江蘇鎮(zhèn)江:涵養(yǎng)出愛(ài)才留人好生態(tài)
- 國(guó)務(wù)院聯(lián)防聯(lián)控機(jī)制:堅(jiān)決守住疫情不出現(xiàn)規(guī)模性反彈的底線
- “云上問(wèn)診”,荒地變成倍增田
- “糧蔬混搭”,一畝掰成兩畝種
- 怎樣管住瘋狂的電動(dòng)自行車
- 將“精神萎靡”列入不文明行為緣何引爭(zhēng)議
- 發(fā)動(dòng)機(jī)屢修屢壞退車被拒,汽車消費(fèi)維權(quán)這么難?
- 高校如何寫好科技自立自強(qiáng)的人才答卷