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​中科大俞书宏课题组提出高性能先进陶瓷的普适性增韧策略
2022年03月09日 发布 分类:技术前沿 点击量:582
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日前,先进材料(Advanced Materials)期刊发表了中国科学技术大学俞书宏院士课题组关于制备高性能先进陶瓷的普适性增韧策略。课题组基于仿生研究,发现珍珠层模拟结构利用残余应力,可使材料任性放大系数达到16.1±1.1,优于最先进的生物陶瓷。

论文地址:DOI:10.1002/adma.202108267

天然珍珠母(左)人工珍珠母(右)

天然珍珠母(左)人工珍珠母(右)

人造珍珠母的多尺度结构示意

人造珍珠母的多尺度结构示意

受天然珍珠母“砖-泥”结构启发,仿珍珠母结构陶瓷韧性得到极大提升,但仅能达到陶瓷原料的10倍,天然珍珠母的韧性提升却可高达40倍。研究发现,对于很多仿珍珠母结构陶瓷,其韧性放大效率不足的一个重要原因在于设计和制备多级结构时,基元片强度相对于长径比来说太低,导致裂纹在材料中扩展时基元片会直接断裂。

课题组利用过去发展的框架诱导矿化生长的方法,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,显著提升了仿珍珠母结构陶瓷的韧性放大因子。同时,材料的动态力学性能也有相应提升。课题组茅瓅波副研究员表示,这一新方法具有普适性,对于类似仿珍珠母层状结构的先进陶瓷材料设计和制造具有重要指导意义。


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