珍珠质仿生复合材料

抗断裂方向可调

揭示贝壳珍珠层天然结构的各向异性抗断裂机制，为仿生材料设计提供关键参数。

Qiu, Tian · 梁立红

Engineering Fracture Mechanics 2024

技术优势

顶面加载更抗断

垂直于顶面加载时，珍珠质结构表现出更高的断裂韧性，原因是裂纹在有机界面处偏转路径更曲折，形成更大的阶梯状断口面积和更广泛的微裂纹区，从而消耗更多断裂能。

关键参数已明确

研究提出了表征珍珠质结构各向异性力学性能的关键参数，包括有机界面体积分数和主裂纹沿界面偏转程度，使得仿生设计可直接调控这些参数来优化某一方向上的抗断裂性能。

应用场景

• 仿生复合材料：据各向异性机理调控有机界面体积分数与裂纹偏转，实现定向增强的仿生复合材料。
• 冲击防护：利用顶面加载下更高的断裂韧性和曲折裂纹路径，耗散冲击能量，用于防护装备或缓冲结构。
• 结构防护设计：参考各向异性抗断机制，将珍珠质启发的微观结构布置于主要受力方向，提高结构抗断裂能力。