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刚柔并济、相得益彰---高强度超耐久仿生界表面取得突破进展

发布日期:2017-06-15 09:06:07  点击数:  作者:武汉大学土木建筑工程学院

  刚柔结合、梯度交错是天然生物材料保持优异力学性能的重要策略,如何将这一策略运用于人工材料的设计和制备,进而大大提高其承载能力和服役寿命,一直是生物力学与仿生领域的研究焦点和难点。近日,土木建筑工程学院王正直课题组在此方向取得了突破性进展,结合原位光聚合和磁场调控技术,实现了对材料刚度的梯度分布由微观到宏观的精准调控,相关成果于6月13日在线发表于材料领域顶级综合期刊Materials Horizons(《材料•视野》,2016年影响因子10.706)。

  该成果提供了一种简单、稳健、低成本制备功能梯度复合材料的新型技术,较传统梯度材料的制备方法更加高效、可控,获得三位审稿专家一致好评:“基于磁场激励的仿生梯度复合材料是一个创新的工作,对高强度、高稳定性的界面和表面有着重要的理论和实际意义。”

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  利用该项技术,王正直课题组设计并制备出仿牙齿本-釉连接层的高强梯度界面、仿动物皮肤的耐磨梯度涂层、以及仿昆虫粘附刚毛的高长径比梯度纤维柱,通过实验测试发现梯度设计的仿生界/表面在外载作用下的耐久性较均匀材料提高了一个量级以上。上述研究成果为解决多个材料力学性能互斥的难题和先进功能异构材料的制造提供了切实可行的途径。

  论文题为Magnetically actuated functional gradient nanocomposites for strong and ultra-durable biomimetic interfaces/surfaces(《基于磁场激励功能梯度纳米复合材料的高强度、超耐久仿生界/表面》)。该工作由国内外多家单位、多个学科的学者合作完成,第一署名单位为武汉大学,王正直是第一及通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金青年项目、湖北省自然科学基金面上项目以及武汉大学人才引进启动经费的支持。

  据悉,王正直一直从事具有多学科交叉特征的多尺度生物力学研究,2015年正式到武汉大学工作,目前的研究方向主要集中在牙齿修复生物力学、基于光聚合的仿生微纳材料和聚合物基复合材料的调控与力学优化等。

  论文链接:http://dx.doi.org/10.1039/C7MH00223H