Forholdet mellem sart suturstruktur og dæmpning af biomaterialer

Højtydende avancerede kompositmaterialer, der integrerer høj stivhed, styrke og fremragende dæmpningsevne er et presserende behov i rumfart, energi, højhastighedstransport og andre områder. Imidlertid, det er svært for traditionelle dæmpningsmaterialer at udmærke sig i både dæmpningsydelse og de statiske mekaniske egenskaber. I modsætning, de biologiske materialer i naturen opnår sameksistensen af ​​overlegne statiske og dæmpende egenskaber gennem sofistikeret mikrostrukturdesign. For eksempel, suturtesselationer af forskellig længde skalaer findes i vid udstrækning i biologiske materialer såsom dyrekranier, spætte næb, skildpaddeskaller, portulak frø, etc.

For nylig, forskerholdet af professor Wei Xiaoding i Institut for Mekanik og Ingeniørvidenskab offentliggjorde deres teoretiske undersøgelser af effekten af ​​suturstruktur på energispredningen af ​​biokompositter i Journal of the Mechanics and Physics of Solids . Deres arbejde etablerer forholdet mellem sutural geometri og dæmpningsydelse. Det viser, hvordan biomaterialer i naturen samler de strukturelle lastbærende enheder skånsomt gennem de suturelle grænseflader for at realisere den samtidige optimering af fremragende lastbærende evne og dynamisk energiafledningsevne. Teorien kan forklare, hvordan forskellige biologiske materialer har udviklet suturvinkler og amplituder af forskellige skalaer under den lange evolutionære proces (figur 1).

Holdet syntetiserede yderligere en bioinspireret komposit med suturelle grænseflader gennem en multi-materiale 3D-printer. Eksperimenter viser, at det bioinspirerede design opnår en enestående dæmpningsydelse, samtidig med at det har en fremragende bæreevne. Resultatet fra denne undersøgelse kan give værdifuld vejledning til design og fremstilling af en ny generation af avancerede strukturelle kompositmaterialer med enestående statiske og dynamiske mekaniske egenskaber.