中国科技大学提出了全速冲击防护仿生材料设计的新策略

中国科技大学于书宏院士团队提出了独特的梯度双布里冈结构设计理念，成功制备了新的工程保护材料，完成了材料保护性能的同步提高，为复杂环境下防护结构材料的未来发展提供了新的设计理念。相关结果发表在《科学进步》上。

防护工程结构材料一般面临复杂的使用环境。现有的工程防护材料受到固体开层、质量过重、韧性互斥等问题的影响，逐渐无法满足日益复杂的使用环境需求。自然界中的生物盔甲为耐冲击材料的开发提供了很多灵感。其中，鳞片作为鱼类最外层的“防护装备”，引起了广泛关注。研究人员在鱼鳞中发现了一种独特的布利冈结构，可以通过诱导裂纹扩展来增强韧性。此外，近年来，研究人员在“古化石”腔棘鱼中仍发现了独特的多种布利冈结构，表现出更好的机械性能。然而，目前仍缺乏对双布利冈结构动态力学性能的研究和宽谱加载速度下更广泛的布利冈结构防护性能的研究。

通过协同考虑纤维组织设计和成分调节，俞书宏团队提出了独特的梯度双重布利冈(DT-Bou-G)结构设计理念。研究小组以软热塑性聚氨酯和硬聚乳酸为基本模型原料，通过双熔化喷嘴的3D打印技术，实现目标材料成分从硬聚乳酸向软热塑性聚氨酯的梯度转变，最终制备了新的仿生梯度双布利冈复合材料。复合材料在准静态力学测试(单侧张口梁)中、低速冲击试验(摆锤冲击和落锤冲击)和高速冲击试验(子弹冲击)都表现出更强的保护性能。

研究人员介绍，该工作展示了仿生结构设计和成分改进在抗冲击材料中的协同作用，完成了材料保护性能的同步提高，为未来复杂环境下服务的保护结构材料的发展提供了新的设计理念。