美国受蟹螯原理启发3D打印新型超韧仿生复合材料

   美国普渡大学和加州大学河滨分校的研究人员受彩虹色皮皮虾启发,正研究其如何利用蟹螯碾碎甲壳类猎物而自身不受损伤的机制,设计开发出一类新型超韧复合材料。
 
  利用和22毫米口径子弹出膛速度相当蟹螯,皮皮虾可以砸碎带壳体的猎物,同时其自身不受损伤。研究人员利用3D打印技术,制备出皮皮虾蟹螯仿生复合材料,并通过理论设计和实验验证阐明了其具有高抗冲击性能的机理。研究结果表明,纤维物质广泛存在于许多海洋甲壳类动物壳体和昆虫外骨骼中,在条纹区以类螺旋梯状的螺旋结构高度整齐排列。在电子显微镜和数字成像技术的辅助下,研究人员成功捕获纤维的裂纹行为,即当裂纹形成时,会出项许多较小的裂缝,这样冲击力将会沿着扭曲裂纹传播,消解冲撞时材料吸收的能量,导致裂纹生长的驱动力逐渐减小,从而避免蟹螯发生致命性破裂。
 
  该研究有助于开发重量更轻、硬度更大、韧性更强的仿生复合材料,发挥其在航空航天、车辆、盔甲等领域的巨大应用潜力。