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　　脆性质料行为机闭或成效部件被通俗行使于航空航天、电子器件和结构工程等界限。因为人工脆性质料对微裂纹和不易察觉的缺陷很敏锐，正在长时候的轮回载荷效用下，质料很容易累积毁伤形成怠倦裂纹，进而存正在失效的危急。跟着可折叠穿着兴办的发扬，对具有高怠倦抗性的可变形成效质料的需求日益凸显。通过因袭范例的生物矿物质料如珍珠母、骨骼等的机闭打算能够提拔脆性质料怠倦抗性，但这常依赖于怠倦裂纹扩展流程中增韧行径，然而一朝裂纹出手扩展，就会对器件的职能形成不行逆的影响，于是寻找并开辟新的耐怠倦机闭模子对异日可变形成效质料的打算制备具有紧急的科学意思和行使代价。

　　中邦科学本事大学俞书宏院士团队和吴恒安老师团队告成揭示了双壳纲褶纹冠蚌搭钮内的可变形生物矿物硬结构的耐怠倦机制，提出了一种众标准机闭打算与因素固有特质相连接的耐怠倦打算新政策，为异日耐怠倦机闭质料的合理创造发扬供给了新的主张。磋商效率以“Deformable hard tissue with high fatigue resistance in the hinge of bivalveCristaria plicata”为题，于6月23日揭橥正在邦际顶尖学术期刊《Science》上。

　　审稿人评判称：“这份手稿显现了一个至极兴趣的职责”、“这是一份令人兴奋的稿件。它集成了诸众外征本事来贯通双壳纲搭钮结构的明显怠倦抗性”、“这无疑勉励了对生物复合质料的进一步磋商，以打算抗怠倦职能巩固的新质料”。同期《Science》主见栏目（Perspectives）以“A bendable biological ceramic”为题揭橥了评述（Science 2023, 380, 1216-1218），评述称“通过整合分别标准的道理——从搭钮的完全机闭到单个晶体的原子机闭——孟等人揭示了大自然奈何闭键从脆性因素中创造出抗怠倦、可弯曲、有弹性的机闭。这些跨标准道理哀求正在最周密的标准上正确，而软体动物如许正确地浸积壳的细胞和分子机制是一个正正在追求的界限”；“完婚生物周密支配关于对生物劝导质料感兴味的人类工程师来说是一个稀少的离间，正如开辟因袭珍珠质强度和韧性的复合质料所面对的障碍所注明的那样”；“尽量孟等人磋商的力学职能与这种特别生物体的需求相完婚，这些道理奈何正在更通俗的体系限度内获得完备AG九游会，这是令人兴奋的前景。”

　　论文合伙第一作家为中邦科学本事大学合肥微标准物质科学邦度磋商中央博士磋商生孟祥森，近代力学系周立川博士（现就职于合肥工业大学）、化学系刘蕾博士。我校俞书宏院士、吴恒安老师和茅瓅波副磋商员为论文通信作家。

　　双壳纲动物褶纹冠蚌（Cristaria plicata）又称鸡冠蚌，是一种常睹的淡水蚌类。为了餍足糊口需求（滤食、运动等），其外壳正在生平中须要举办数十万次的开合运动，而连结两片外壳的搭钮部位也会经过几次的受压和变形，出现出优异的耐怠倦职能。本职责中，磋商职员揭示了搭钮部位中的折扇形矿物硬结构所包含的跨标准耐怠倦打算道理。从谋划机断层扫描图（CT）和剖面光学照片能够看出，搭钮能够分为两个分别的区域：外韧带(OL)和折扇形矿物硬结构(FFR)（图1，A和B）。磋商职员起首考察了这两个区域正在双壳开合流程中的运动行径（图1，D和E），并连接有限元剖析(FEA)，明白了分别区域所负责的力学脚色。正在闭合流程中，OL产生拉伸，负责闭键的周向应力并积储大局部弹性应变能；FFR区域正在周向弯曲变形，并正在受限的径向变形下供给强有力的径向支柱用以固定OL（图1，F到H）。

　　图1（A）褶纹冠蚌和截面照片；（B）搭钮切片照片和CT重构图；（C）正在平常开合和过载状况下的怠倦测试结果；（D）开合前后搭钮各区域体式蜕变及其轮廓图；（E）有限元模子对应的开合前后的搭钮各区域体式蜕变及其轮廓图；（F）搭钮有限元剖析模子示企图；（G）开合状况下搭钮各区域周向应力分散；（H）开合状况下搭钮各区域径向应力分散。

　　磋商职员对FFR正在分别标准上的考察发觉，其具有跨标准众级机闭特色。正在宏观标准上，FFR的扇形外形能使其正在OL和外壳之间告终有用的载荷转达。进一步的深刻考察发觉，FFR由弹性有机基质和嵌入个中的脆性文石纳米线构成。文石纳米线纳米，线的长轴倾向正在容貌上和扇形的径向倾向相同，正在晶体学上纳米线，A到H）。酌量到文石晶体正在002晶向的压缩模量宏壮于其他晶向，这种微观容貌和晶体学取向上的相同性意味着FFR能有用地为OL的拉伸供给支柱（图2，I和J）。这一结果也通过压缩力学和FEA模仿举办了进一步的验证。别的，FEA模仿结果显示，这种微米标准上的软硬复合微观机闭正在压缩、拉伸、剪切三种受力状况下也许举办融合变形，正在这个流程中有机基质负责了大局部的压缩和剪切应变，极大地省略了质料内部的应力集合，从而避免了文石纳米线侧向断裂，低浸了FFR产生怠倦毁伤的可以性。

　　图2（A）FFR正在纵向上的自然断面扫描图；（B）FFR正在横向上的自然断面扫描图；（C和D）FFR脱钙治理之后的扫描图；（E和F）文石纳米线中的孪晶机闭透射电子显微图片；（G和H）文石纳米线沿长度倾向上的晶体学特色；（I和J）全豹FFR中纳米线正在容貌上和晶体学上的取向剖析示企图。

　　从FFR的横截面考察，文石纳米线呈近似六边形，磋商职员通过高折柳透射电子显微镜也正在纳米线中发觉了纳米孪晶机闭，酌量到文石纳米线倾向成长，这一机闭可以与文石晶体Pmcn空间群易变成（110）孪晶界亲热闭系。这种沿纳米线纵向倾向的孪晶机闭的存正在，正在纳米标准上大大深化了纳米线，E和F）。与范例的自然硬质生物矿物质料（如骨骼、牙釉质）以及人工质料（如金属、水凝胶）等比拟，FFR所发现的特别之处正在于它能正在负责较大周向变形的同时，坚持长时候的机闭成效的太平。这项磋商从宏观到微纳米标准上揭示了FFR的跨标准众级机闭打算法则（图3）。

　　图3范例生物和人工机闭质料的耐怠倦打算机制。FFR中所具备的跨标准机闭特色使其正在可变形才能上彰彰优于范例的生物矿物如牙釉质和骨骼，与常睹的人工弹性体质料比拟，FFR也必定水准坚持了其高硬度和刚度。

　　这项磋商揭示了含脆性基元的生物矿物质料正在较大形变下的耐怠倦打算新机制，补充了邦际上含脆性组元的仿生耐怠倦质料打算的空缺，所提出的整合跨标准机闭特色与成效特质的打算政策，也许正在分别标准上充足施展每种因素的固有特质，从而告终质料完全职能的优化。这种两全变形性和耐怠倦性的跨标准打算法则希望为异日成效质料的仿生打算和创造供给极新思绪。

　　该磋商获得了邦度要点研发设计、新基石科学基金会、邦度自然科学基金要点项目和中邦科学院青促会等项目标资助赞成。