鯨須是什么？

    鯨須是須鯨口腔中的角蛋白結(jié)構(gòu)，由一系列平行排列懸掛的須板組成，上百年承受來(lái)自循環(huán)水流及捕食物的作用力為須鯨提供可靠、高效的過(guò)濾攝食功能而不發(fā)生斷裂失效，使得須鯨成為世界上體積最大的哺乳動(dòng)物。天然鯨須具有優(yōu)異的強(qiáng)韌性

    鯨須的啟示

    當(dāng)前輕質(zhì)高強(qiáng)韌的先進(jìn)復(fù)合材料已應(yīng)用于海洋環(huán)境，而其中斷裂韌性是高性能船艇、潛器及海洋能源設(shè)備等結(jié)構(gòu)材料的重要考慮因素，該研究首次從仿生材料角度研究鯨須，闡明其抑制裂紋擴(kuò)展和抗斷裂性能與其多層級(jí)遞階結(jié)構(gòu)的理論關(guān)聯(lián)

C圖為鯨須的橫向微觀結(jié)構(gòu)

    鯨須的夾層管狀結(jié)構(gòu)類(lèi)似于其他天然固體殼 - 細(xì)胞核心結(jié)構(gòu)，其產(chǎn)生高彎曲剛度 - 重量和強(qiáng)度 - 重量比。 然而，與其他角質(zhì)夾層結(jié)構(gòu)（例如羽毛軸）相比，由于其較高的羥基磷灰石含量，鯨須更硬，因?yàn)榈V物質(zhì)摻入生物聚合物可提高其剛度和屈服強(qiáng)度。當(dāng)鯨須板彎曲時(shí)，這些小管可以在彼此之間變形和剪切，該板像薄梁一樣變形。

    沿橫向生長(zhǎng)的裂縫沿著小管被阻止并重新定向，增強(qiáng)了抗裂性和增加； 一旦裂縫進(jìn)入小管，它就會(huì)沿管狀薄片之間的弱界面偏轉(zhuǎn)而不是穿透它們。

    從宏觀上可以看出裂紋的重新定向，同時(shí)裂紋的橋接也會(huì)很好的阻止主裂紋的擴(kuò)展

    作者結(jié)合計(jì)算機(jī)模擬及高精度多材料3D打印技術(shù)設(shè)計(jì)并制備出一系列結(jié)構(gòu)逐級(jí)復(fù)雜的仿生結(jié)構(gòu)模型，同時(shí)探索了不同結(jié)構(gòu)和微管中的物質(zhì)對(duì)該模型的力學(xué)性能的影響。

    該文章由中科院深圳研究院發(fā)表在Advanced Materials上，原文鏈接：https://doi. org/10. 1002/adma. 201804574

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責(zé)任編輯：王元

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