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              新方法可增強仿生陶瓷韌性

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              2022-03-22 來源:科技日報

                 記者3月12日從中國科學技術大學獲悉,該校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力增強機制中獲得啟發,提出一種新的仿生增韌方法,可顯著提升仿珍珠母結構陶瓷的韌性,韌性放大系數優于最先進的仿生陶瓷。發表于《先進材料》上的這一最新研究成果,對于先進陶瓷材料的設計和制造具有重要指導意義。
                陶瓷具有硬度大、強度高和模量高等優異特性,廣泛用于能源、醫療、航天航空等領域,然而脆性限制了它的服役環境和使用壽命。受天然珍珠母“磚—泥”結構啟發,仿珍珠母結構陶瓷韌性得到極大提升,但僅能達到原料陶瓷的10倍。對于很多仿珍珠母結構陶瓷來說,其韌性放大效率不足的一個重要原因,在于設計和制備多級結構時,基元片強度相對于長徑比來說太低,裂紋在材料中擴展時會導致基元片直接斷裂。
                俞書宏院士課題組利用框架誘導礦化生長的方法,首次實現納米四氧化三鐵顆粒與碳酸氫鈣前驅體溶液在幾丁質模板上的共礦化,使納米顆粒在文石基元片中原位生長。用同步輻射衍射技術對其進行分析結果表明,四氧化三鐵納米顆粒承擔拉應力,文石顆粒承擔壓應力,基元片的總拉伸強度得以提升。而基元片強度的提升有利于基元片滑移與裂紋偏轉,有效提高了外部增韌機制的耗能作用。由于納米顆粒誘發的殘余應力對裂紋有閉合作用,材料的本體韌性也得到提升。結合珍珠母層狀結構的優點,通過納米尺度殘余應力的設計,仿珍珠母結構陶瓷的韌性放大因子得到顯著提升。

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