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脆性材料行为结构或功能部件被正常运用于航空航天、电子器件和组织工程等规模。由于东谈主工脆性材料对微裂纹和不易察觉的裂缝很明锐，在永劫期的轮回载荷作用下，材料很容易积累毁伤产生疲倦裂纹，进而存在失效的风险。跟着可折叠穿着修复的发展，对具有高疲倦抗性的可变形功能材料的需求日益突显。通过效法典型的生物矿物材料如珍珠母、骨骼等的结构遐想不错擢升脆性材料疲倦抗性，但这常依赖于疲倦裂纹膨大历程中增韧举止，然则一朝裂纹初始膨大美高梅app官方下载，就会对器件的性能产生不能逆的影响，因此寻找并开拓新的耐疲倦结构模子对翌日可变形功能材料的遐想制备具有首要的科学真谛和运用价值。

2023年6月22日，中国科学时间大学俞书宏院士团队和吴恒安训诫团队合营在Science在线发表题为“Deformable hard tissue with high fatigue resistance in the hinge of bivalveCristaria plicata”的照料论文，该照料告成揭示了双壳纲褶纹冠蚌搭钮内的可变形生物矿物硬组织的耐疲倦机制，提议了一种多圭臬结构遐想与要素固有特点相相聚的耐疲倦遐想新策略，为翌日耐疲倦结构材料的合理创制发展提供了新的视力。

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审稿东谈主评价称：“这份手稿展示了一个格外真谛的责任”、“这是一份令东谈主欢叫的稿件。它集成了诸多表征时间来联结双壳纲搭钮组织的权贵疲倦抗性”、“这无疑引发了对生物复合材料的进一步照料，以遐想抗疲倦性能增强的新材料”。同期Science不雅点栏目（Perspectives）以“A bendable biological ceramic”为题发表了评论，评论称“通过整合不同圭臬的旨趣——从搭钮的全体结构到单个晶体的原子结构——该著述揭示了大当然怎样主要从脆性要素中创造出抗疲倦、可曲折、有弹性的结构。这些跨圭臬旨趣条款在最精良的圭臬上精准，而软体动物如斯精准地千里积壳的细胞和分子机制是一个正在探索的规模”；“匹配生物精良收尾关于对生物启发材料感深嗜的东谈主类工程师来说是一个特殊的挑战，正如开拓效法珍珠质强度和韧性的复合材料所濒临的贫乏所说明的那样”；“尽管该照料的力学性能与这种特殊生物体的需求相匹配，这些旨趣如安在改革常的系统鸿沟内取得完善，这是令东谈主欢叫的出息。”

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双壳纲动物褶纹冠蚌（Cristaria plicata）又称鸡冠蚌，是一种常见的淡水蚌类。为了满足生涯需求（滤食、通顺等），其外壳在一世中需要进行数十万次的开合通顺，而联结两片外壳的搭钮部位也会履历反复的受压和变形，阐扬出优异的耐疲倦性能。本责任中，照料东谈主员揭示了搭钮部位中的折扇形矿物硬组织所蕴含的跨圭臬耐疲倦遐想旨趣。从狡计机断层扫描图（CT）和剖面光学像片不错看出，搭钮不错分为两个不同的区域：外韧带(OL)和折扇形矿物硬组织(FFR)（图1，A和B）。照料东谈主员率先不雅察了这两个区域在双壳开合历程中的通顺举止（图1，D和E），并相聚有限元分析(FEA)，涌现了不同区域所承担的力学脚色。在闭合历程中，OL发生拉伸，承担主要的周向应力并储存大部分弹性应变能；FFR区域在周向曲折变形，并在受限的径向变形下提供强有劲的径向撑捏用以固定OL（图1，F到H）。

图1（A）褶纹冠蚌和截面像片；（B）搭钮切片像片和CT重构图；（C）在正常开合和过载景象下的疲倦测试成果；（D）开合前后搭钮各区域方法变化非常抽象图；（E）有限元模子对应的开合前后的搭钮各区域方法变化非常抽象图；（F）搭钮有限元分析模子线路图；（G）开合景象下搭钮各区域周向应力分散；（H）开合景象下搭钮各区域径向应力分散。

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照料东谈主员对FFR在不同圭臬上的不雅察发现，其具有跨圭臬多级结构特征。在宏不雅圭臬上，FFR的扇形外形能使其在OL和外壳之间终了存效的载荷传递。进一步的潜入不雅察发现，皇冠现金FFR由弹性有机基质和镶嵌其中的脆性文石纳米线构成。文石纳米线直径约为100-200纳米，线的长轴见地在面容上和扇形的径向见地一致，在晶体学上纳米线沿002晶向取向（图2，A到H）。研究到文石晶体在002晶向的压缩模量浩瀚于其他晶向，这种微不雅面容和晶体学取进取的一致性意味着FFR能灵验地为OL的拉伸提供撑捏（图2，I和J）。这一成果也通过压缩力学和FEA模拟进行了进一步的考据。此外，FEA模拟成果显现，这种微米圭臬上的软硬复合微不雅结构在压缩、拉伸、剪切三种受力景象下八成进行调和变形，在这个历程中有机基质承担了大部分的压缩和剪切应变，极地面减少了材料里面的应力聚拢，从而幸免了文石纳米线侧向断裂，镌汰了FFR发生疲倦毁伤的可能性。

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图2（A）FFR在纵进取的当然断面扫描图；（B）FFR在横进取的当然断面扫描图；（C和D）FFR脱钙措置之后的扫描图；（E和F）文石纳米线中的孪晶结构透射电子显微图片；（G和H）文石纳米线沿长度方进取的晶体学特征；（I和J）系数这个词FFR中纳米线在面容上和晶体学上的取向分析线路图。

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从FFR的横截面不雅察，文石纳米线呈通常六边形，照料东谈主员通过高诀别透射电子显微镜也在纳米线中发现了纳米孪晶结构，研究到文石纳米线沿002见地滋长，这一结构可能与文石晶体Pmcn空间群易酿成（110）孪晶界密切相关。这种沿纳米线纵向见地的孪晶结构的存在，在纳米圭臬上大大强化了纳米线抗曲折断裂的智商（图2，E和F）。与典型的自然硬质生物矿物材料（如骨骼、牙釉质）以及东谈主工材料（如金属、水凝胶）等比较，FFR所展现的特殊之处在于它能在承担较大周向变形的同期，保捏永劫期的结构功能的沉静。这项照料从宏不雅到微纳米圭臬上揭示了FFR的跨圭臬多级结构遐想原则（图3）。

图3典型生物和东谈主工结构材料的耐疲倦遐想机制。FFR中所具备的跨圭臬结构特征使其在可变形智商上明显优于典型的生物矿物如牙釉质和骨骼，与常见的东谈主工弹性体材料比较，FFR也一定进程保捏了其高硬度和刚度。

这项照料揭示了含脆性基元的生物矿物材料在较大形变下的耐疲倦遐想新机制，填补了海外上含脆性组元的仿生耐疲倦材料遐想的空缺，所提议的整合跨圭臬结构特征与功能特点的设策略略，八成在不同圭臬上充分阐发每种要素的固有特点，从而终了材料全体性能的优化。这种兼顾变形性和耐疲倦性的跨圭臬遐想原则有望为翌日功能材料的仿生遐想和创制提供了新鲜想路。

论文共同第一作家为中国科学时间大学合肥微圭臬物资科学国度照料中心博士照料生孟祥森，近代力学系周立川博士（现赴任于合肥工业大学）、化学系刘蕾博士。中国科学时间大学俞书宏院士、吴恒安训诫和茅瓅波副照料员为论文通信作家。该照料取得了国度重心研发打算、新基石科学基金会、国度当然科学基金重心模样和中国科学院青促会等项方针资助支捏。

注：解析参考自中国科学时间大学官网先容。

解析承接：

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http://news.ustc.edu.cn/info/1055/83731.htm

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https://www.science.org/doi/10.1126/science.ade2038

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adi5939