（2022 年6 月7日消息）近日，中科院金屬研究所在前期研制高阻尼鎂基仿生材料的基礎上，通過模仿典型天然生物材料的微觀三維互穿結構與空間構型，利用“3D 打印+熔體浸滲”工藝制備了一系列新型鎂-鈦仿生材料，在金屬體系中成功構筑了類似鮑魚殼的“磚-泥”結構、螳螂蝦殼的螺旋編織結構和紫石房蛤殼的交叉疊片結構，并在經典層合理論基礎上建立了能夠定量描述仿生材料結構與力學性能之間關系的力學模型，實現(xiàn)了其模量與強度的定量預測。鎂-鈦復合仿生材料在結構優(yōu)化設計研究方面取得了新進展。

研究發(fā)現(xiàn)：在鎂-鈦復合材料體系中，仿生結構能夠起到顯著的強韌化作用，與組成相似但不具有仿生結構的復合材料相比，仿生材料的強度與韌性同步提高，其斷裂能提升2～8 倍，特別是交叉疊片結構因具有多級結構特征而表現(xiàn)出最佳的強韌化效果；仿生材料中鎂、鈦兩相在三維空間相互貫穿，有利于促進它們之間的應力傳遞，并抑制各自相中的變形與損傷演化，減輕應變局域化程度，從而延緩仿生材料整體發(fā)生斷裂，提高其拉伸強度與塑性；微觀取向不斷變化的特定空間構型能夠誘導裂紋沿仿生結構發(fā)生偏轉，增大裂紋面的面積，并且凹凸不平的裂紋面之間能夠產生摩擦并形成橋連，有助于消耗外加機械能，實現(xiàn)高效增韌；不同類型的仿生結構均可通過提取結構中的最小重復單元，并考察其在三維空間的緊密堆積形式進行定量描述，進而將經典層合理論發(fā)展應用于仿生結構，能夠建立仿生材料的結構與力學性能之間的定量關系，從而為預測仿生材料的性能以及優(yōu)化設計仿生結構提供理論依據。