脆性材料行为结构或功能部件被平素哄骗于航空航天、电子器件和组织工程等范畴。由于东说念主工脆性材料对微裂纹和不易察觉的颓势很明锐，在长时代的轮回载荷作用下，材料很容易蕴蓄挫伤产生困倦裂纹什么app签到送流量，进而存在失效的风险。跟着可折叠一稔训诲的发展，对具有高困倦抗性的可变形功能材料的需求日益突显。通过师法典型的生物矿物材料如珍珠母、骨骼等的结构计算打算不错提高脆性材料困倦抗性，但这常依赖于困倦裂纹扩张流程中增韧行为，关系词一朝裂纹运转扩张，就会对器件的性能产生不行逆的影响，因此寻找并开采新的耐困倦结构模子对将来可变形功能材料的计算打算制备具有伏击的科学意旨和哄骗价值。

2023年6月22日，中国科学本领大学俞书宏院士团队和吴恒安西席团队融合在Science在线发表题为“Deformable hard tissue with high fatigue resistance in the hinge of bivalveCristaria plicata”的商量论文，该商量得胜揭示了双壳纲褶纹冠蚌搭钮内的可变形生物矿物硬组织的耐困倦机制，提议了一种多法度结构计算打算与要素固有特质相结合的耐困倦计算打算新策略，为将来耐困倦结构材料的合理创制发展提供了新的主见。

审稿东说念主评价称：“这份手稿展示了一个相等风趣的使命”、“这是一份令东说念主欣慰的稿件。它集成了诸多表征本领来表示双壳纲搭钮组织的显耀困倦抗性”、“这无疑激勉了对生物复合材料的进一步商量，以计算打算抗困倦性能增强的新材料”。同期Science不雅点栏目（Perspectives）以“A bendable biological ceramic”为题发表了批驳，批驳称“通过整合不同法度的旨趣——从搭钮的举座结构到单个晶体的原子结构——该著作揭示了大当然何如主要从脆性要素中创造出抗困倦、可蜿蜒、有弹性的结构。这些跨法度旨趣条件在最高超的法度上精准，而软体动物如斯精准地千里积壳的细胞和分子机制是一个正在探索的范畴”；“匹配生物高超放置关于对生物启发材料感敬爱的东说念主类工程师来说是一个卓越的挑战，正如开采师法珍珠质强度和韧性的复合材料所濒临的费劲所解释的那样”；“尽管该商量的力学性能与这种迥殊生物体的需求相匹配，这些旨趣如安在更平素的系统范畴内取得完善，这是令东说念主欣慰的远景。”

双壳纲动物褶纹冠蚌（Cristaria plicata）又称鸡冠蚌，是一种常见的淡水蚌类。为了知足生涯需求（滤食、灵通等），其外壳在一世中需要进行数十万次的开合灵通，而联接两片外壳的搭钮部位也会阅历反复的受压和变形，发扬出优异的耐困倦性能。本使命中，商量东说念主员揭示了搭钮部位中的折扇形矿物硬组织所蕴含的跨法度耐困倦计算打算旨趣。从计较机断层扫描图（CT）和剖面光学相片不错看出，搭钮不错分为两个不同的区域：外韧带(OL)和折扇形矿物硬组织(FFR)（图1，A和B）。商量东说念主员当先不雅察了这两个区域在双壳开合流程中的灵通行为（图1，D和E），并结合有限元分析(FEA)，昭彰了不同区域所承担的力学变装。在闭合流程中，OL发生拉伸，承担主要的周向应力并储存大部分弹性应变能；FFR区域在周向蜿蜒变形，并在受限的径向变形下提供强有劲的径向撑抓用以固定OL（图1，F到H）。

图1（A）褶纹冠蚌和截面相片；（B）搭钮切片相片和CT重构图；（C）在正常开合和过载气象下的困倦测试效果；（D）开合前后搭钮各区域体式变化偏激笼统图；（E）有限元模子对应的开合前后的搭钮各区域体式变化偏激笼统图；（F）搭钮有限元分析模子默示图；（G）开合气象下搭钮各区域周向应力散布；（H）开合气象下搭钮各区域径向应力散布。

商量东说念主员对FFR在不同法度上的不雅察发现，其具有跨法度多级结构特征。在宏不雅法度上，FFR的扇形外形能使其在OL和外壳之间已矣存效的载荷传递。进一步的深化不雅察发现，新2体育网址FFR由弹性有机基质和镶嵌其中的脆性文石纳米线构成。文石纳米线直径约为100-200纳米，线的长轴目的在态状上和扇形的径向目的一致，在晶体学上纳米线沿002晶向取向（图2，A到H）。磋议到文石晶体在002晶向的压缩模量巨大于其他晶向，这种微不雅态状和晶体学取朝上的一致性意味着FFR能灵验地为OL的拉伸提供撑抓（图2，I和J）。这一效果也通过压缩力学和FEA模拟进行了进一步的考证。此外，FEA模拟效果披露，这种微米法度上的软硬复合微不雅结构在压缩、拉伸、剪切三种受力气象下概况进行融合变形，在这个流程中有机基质承担了大部分的压缩和剪切应变，极地面减少了材料里面的应力汇注，从而幸免了文石纳米线侧向断裂，镌汰了FFR发生困倦挫伤的可能性。

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图2（A）FFR在纵朝上的当然断面扫描图；（B）FFR在横朝上的当然断面扫描图；（C和D）FFR脱钙解决之后的扫描图；（E和F）文石纳米线中的孪晶结构透射电子显微图片；（G和H）文石纳米线沿长度方朝上的晶体学特征；（I和J）所有这个词FFR中纳米线在态状上和晶体学上的取向分析默示图。

从FFR的横截面不雅察，文石纳米线呈访佛六边形，商量东说念主员通过高永别透射电子显微镜也在纳米线中发现了纳米孪晶结构，磋议到文石纳米线沿002目的滋长，这一结构可能与文石晶体Pmcn空间群易变成（110）孪晶界密切有关。这种沿纳米线纵向目的的孪晶结构的存在，在纳米法度上大大强化了纳米线抗蜿蜒断裂的才智（图2，E和F）。与典型的自然硬质生物矿物材料（如骨骼、牙釉质）以及东说念主工材料（如金属、水凝胶）等比较，FFR所展现的迥殊之处在于它能在承担较大周向变形的同期，保抓长时代的结构功能的牢固。这项商量从宏不雅到微纳米法度上揭示了FFR的跨法度多级结构计算打算原则（图3）。

图3典型生物和东说念主工结构材料的耐困倦计算打算机制。FFR中所具备的跨法度结构特征使其在可变形才智上彰着优于典型的生物矿物如牙釉质和骨骼，与常见的东说念主工弹性体材料比较，FFR也一定进程保抓了其高硬度和刚度。

这项商量揭示了含脆性基元的生物矿物材料在较大形变下的耐困倦计算打算新机制，填补了国外上含脆性组元的仿生耐困倦材料计算打算的空缺，所提议的整合跨法度结构特征与功能特质的设战略略，概况在不同法度上充分瓦解每种要素的固有特质，从而已矣材料举座性能的优化。这种兼顾变形性和耐困倦性的跨法度计算打算原则有望为将来功能材料的仿生计算打算和创制提供了新鲜想路。

论文共同第一作家为中国科学本领大学合肥微法度物资科学国度商量中心博士商量生孟祥森，近代力学系周立川博士（现赴任于合肥工业大学）、化学系刘蕾博士。中国科学本领大学俞书宏院士、吴恒安西席和茅瓅波副商量员为论文通信作家。该商量取得了国度重心研发筹谋、新基石科学基金会、国度当然科学基金重心形态和中国科学院青促会等项方针资助支抓。

注：贯通参考自中国科学本领大学官网先容。

贯通贯穿：

http://news.ustc.edu.cn/info/1055/83731.htm

https://www.science.org/doi/10.1126/science.ade2038

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adi5939