中國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)河蚌鉸鏈的耐疲勞秘密

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新華社合肥6月24日電（記者陳諾、周暢）記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校俞書宏院士團(tuán)隊(duì)聯(lián)合吳恒安教授團(tuán)隊(duì)成功揭示雙殼綱褶紋冠蚌鉸鏈內(nèi)的可變形生物礦物硬組織的耐疲勞機(jī)制，提出了一種多尺度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與成分固有特性相結(jié)合的耐疲勞設(shè)計(jì)新策略，為未來耐疲勞結(jié)構(gòu)材料的合理設(shè)計(jì)和制備提供了新的見解。相關(guān)研究成果日前發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上。

脆性材料作為結(jié)構(gòu)或功能部件被廣泛應(yīng)用于航空航天、電子器件和組織工程等領(lǐng)域。由于人工脆性材料對(duì)微裂紋和不易察覺的缺陷很敏感，在長時(shí)間的循環(huán)載荷作用下，材料很容易累積損傷產(chǎn)生疲勞裂紋，進(jìn)而存在失效的風(fēng)險(xiǎn)。隨著可折疊穿戴設(shè)備的發(fā)展，對(duì)具有高疲勞抗性的可變形功能材料的需求日益凸顯。尋找并開發(fā)新的耐疲勞結(jié)構(gòu)模型對(duì)未來可變形功能材料的設(shè)計(jì)制備具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。

雙殼綱動(dòng)物褶紋冠蚌又稱雞冠蚌，是一種常見的淡水蚌類。為了滿足生存需求，其外殼在一生中需要進(jìn)行數(shù)十萬次的開合運(yùn)動(dòng)，而連接兩片外殼的鉸鏈部位也會(huì)經(jīng)歷反復(fù)的受壓和變形，表現(xiàn)出優(yōu)異的耐疲勞性能。

本項(xiàng)科研工作中，研究人員揭示了鉸鏈部位中的折扇形礦物硬組織所蘊(yùn)含的跨尺度耐疲勞設(shè)計(jì)原理。這項(xiàng)研究揭示了含脆性基元的生物礦物材料在較大形變下的耐疲勞設(shè)計(jì)新機(jī)制，填補(bǔ)了國際上含脆性組元的仿生耐疲勞材料設(shè)計(jì)的空白，所提出的整合跨尺度結(jié)構(gòu)特征與功能特性的設(shè)計(jì)策略，能夠在不同尺度上充分發(fā)揮每種成分的固有特性，從而實(shí)現(xiàn)材料整體性能的優(yōu)化。這種兼顧變形性和耐疲勞性的跨尺度設(shè)計(jì)原則，有望為未來功能材料的仿生設(shè)計(jì)和創(chuàng)制提供嶄新思路。

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