我国科学家从生物矿物的残余应力增强机制中获得启发,提出一种新的仿生增韧方法,可显著提升仿珍珠母结构陶瓷的韧性,韧性放大系数优于最先进的仿生陶瓷。
研究团队利用框架诱导矿化生长的方法,首次实现纳米四氧化三铁颗粒与碳酸氢钙前驱体溶液在几丁质模板上的共矿化,使纳米颗粒在文石基元片中原位生长。
用同步辐射衍射技术对其进行分析结果表明,四氧化三铁纳米颗粒承担拉应力,文石颗粒承担压应力,基元片的总拉伸强度得以提升。而基元片强度的提升有利于基元片滑移与裂纹偏转,有效提高了外部增韧机制的耗能作用。
由于纳米颗粒诱发的残余应力对裂纹有闭合作用,材料的本体韧性也得到提升。结合珍珠母层状结构的优点,通过纳米尺度残余应力的设计,仿珍珠母结构陶瓷的韧性放大因子得到显著提升。
(吴长锋)