中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授駱天治團(tuán)隊(duì)與武漢大學(xué)副教授王正直、教授張作啟合作，研究了具有防御功能的螳螂蝦尾刺(矛)和寄居蟹左螯(盾)，綜合利用多種實(shí)驗(yàn)手段揭示了其從納米尺度到厘米尺度的化學(xué)梯度、微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能之間的相關(guān)性，并通過(guò)有限元分析和3D打印技術(shù)確認(rèn)兩種結(jié)構(gòu)中的增韌機(jī)制和結(jié)構(gòu)優(yōu)化原理。

生物界中存在許多梯度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的攻擊與防御“工具”，這些梯度材料為人類(lèi)提供了多種仿生材料設(shè)計(jì)原理。螳螂蝦尾刺的外骨骼包括4個(gè)不同的結(jié)構(gòu)層，每層都具有不同的微觀結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分特征。這些層狀結(jié)構(gòu)的局部力學(xué)性能與微結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分密切相關(guān)，幾者的組合有效地限制了裂紋的擴(kuò)展，同時(shí)最大限度地釋放了變形過(guò)程中的應(yīng)變能，提高了結(jié)構(gòu)的整體韌性和強(qiáng)度。

研究人員使用3D打印技術(shù)制備了多個(gè)尾刺的仿生微結(jié)構(gòu)，通過(guò)力學(xué)測(cè)試驗(yàn)證了布林根(Bouligand)結(jié)構(gòu)與徑向的平行層狀結(jié)構(gòu)的組合，能極大地提高結(jié)構(gòu)總體韌性和強(qiáng)度這一設(shè)計(jì)理念。這為制備高強(qiáng)高韌的仿生復(fù)合材料提出了一條新的路徑。

(來(lái)源：中國(guó)科學(xué)報(bào))