IT时代网11月10日消息，中国科学技术大学高怀岭教授、孙晓昊教授与上海交通大学邹多宏教授等合作，在仿珍珠层复合材料多向强韧化设计方面取得进展。研究团队提出同心砖泥结构（CBM）设计策略，通过重组微片的排列方式，改善材料在压缩、弯曲和扭转条件下的力学表现，并显著提升抗疲劳性能。

天然珍珠层由坚硬的矿物微片与柔软的有机相交错排列，形成兼具强度与韧性的“砖泥”结构。不过传统平板砖泥结构具有明显力学方向依赖性，方向一致的层间界面容易成为损伤扩展通道，限制了材料在复杂、多向载荷下的可靠性。

针对这一问题，研究团队通过自组装成膜、薄膜卷绕及前驱液灌注与原位聚合，构筑了同心砖泥结构复合材料。该设计将氧化铝微片组织为围绕轴心排列的同心层状结构，使层间薄弱方向不再统一指向一处，而是绕轴心呈轴对称散开，不再形成贯穿整个材料的弱面。

力学测试显示，在压缩、弯曲和扭转载荷下，同心结构均表现出更高的强度和耗能能力，裂纹沿轴向、径向及环向曲折扩展。有限元模拟也印证，同心排列有助于改善载荷传递、分散应力并减轻局部应力集中。

在循环弯曲测试中，同心结构展现出突出的抗疲劳优势：在同等最大应力条件下，其疲劳寿命超过平板对照的1000倍。研究团队还将材料加工成传动轴原型和精密机械结构件，展示了其工程应用潜力。相关成果以“Concentric brick-and-mortar architecture: beyond planar nacre-mimics”为题在线发表于《国家科学评论》（National Science Review）。

注：本文配图由AI生成，文中包含AI辅助创作的内容。

编辑：刘宁