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　　脆性质料行动组织或成效部件被通俗使用于航空航天、电子器件和结构工程等规模。因为人工脆性质料对微裂纹和不易察觉的缺陷很敏锐，正在长功夫的轮回载荷影响下，质料很容易累积毁伤爆发疲困裂纹，进而存正在失效的危险。跟着可折叠穿着配置的发扬，对具有高疲困抗性的可变形成效质料的需求日益凸显。通过因袭规范的生物矿物质料如珍珠母、骨骼等的组织计划可能晋升脆性质料疲困抗性，但这常依赖于疲困裂纹扩展历程中增韧活动，然而一朝裂纹开端扩展，就会对器件的职能爆发弗成逆的影响，所以寻找并开荒新的耐疲困组织模子对异日可变形成效质料的计划制备具有主要的科学道理和使用代价。

　　中邦科学本领大学俞书宏院士团队和吴恒安教化团队胜利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疲困机制，提出了一种众标准组织计划与因素固有特色相维系的耐疲困计划新战略，为异日耐疲困组织质料的合理创设发扬供应了新的睹地。筹议成就以“Deformable hard tissue with high fatigue resistance in the hinge of bivalveCristaria plicata”为题，于6月23日楬橥正在邦际顶尖学术期刊《Science》上。

　　审稿人评判称：“这份手稿浮现了一个非凡意思的作事”、“这是一份令人兴奋的稿件。它集成了诸众外征本领来明了双壳纲搭钮结构的明显疲困抗性”、“这无疑激励了对生物复合质料的进一步筹议，以计划抗疲困职能巩固的新质料”。同期《Science》看法栏目（Perspectives）以“A bendable biological ceramic”为题楬橥了评述（Science 2023, 380, 1216-1218），评述称“通过整合差异标准的道理——从搭钮的团体组织到单个晶体的原子组织——孟等人揭示了大自然怎么闭键从脆性因素中创设出抗疲困、可弯曲、有弹性的组织。这些跨标准道理哀求正在最灵巧的标准上切确，而软体动物云云切确地浸积壳的细胞和分子机制是一个正正在探求的规模”；“配合生物灵巧把握看待对生物启示质料感兴味的人类工程师来说是一个特殊的离间，正如开荒因袭珍珠质强度和韧性的复合质料所面对的贫困所阐明的那样”；“尽量孟等人筹议的力学职能与这种出格生物体的需求相配合，这些道理怎么正在更通俗的体系局限内获得完满，这是令人兴奋的前景。”

　　论文配合第一作家为中邦科学本领大学合肥微标准物质科学邦度筹议中央博士筹议生孟祥森，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、吴恒安教化和茅瓅波副筹议员为论文通信作家。

　　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。为了满意保存需求（滤食、运动等），其外壳正在终生中需求实行数十万次的开合运动，而衔接两片外壳的搭钮部位也会资历一再的受压和变形，外示出优异的耐疲困职能。本作事中，筹议职员揭示了搭钮部位中的折扇形矿物硬结构所蕴藏的跨标准耐疲困计划道理。从计较机断层扫描图（CT）和剖面光学照片可能看出，搭钮可能分为两个差异的区域：外韧带(OL)和折扇形矿物硬结构(FFR)（图1kb体育官网，A和B）。筹议职员最先察看了这两个区域正在双壳开合历程中的运动活动（图1，D和E），并维系有限元剖判(FEA)，明了了差异区域所担当的力学脚色。正在闭合历程中，OL产生拉伸，担当闭键的周向应力并蓄积大一面弹性应变能；FFR区域正在周向弯曲变形，并正在受限的径向变形下供应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）正在寻常开合和过载状况下的疲困测试结果；（D）开合前后搭钮各区域形态改变及其轮廓图；（E）有限元模子对应的开合前后的搭钮各区域形态改变及其轮廓图；（F）搭钮有限元剖判模子示妄图；（G）开合状况下搭钮各区域周向应力散布；（H）开合状况下搭钮各区域径向应力散布。

　　筹议职员对FFR正在差异标准上的察看呈现，其具有跨标准众级组织特色。正在宏观标准上，FFR的扇形外形能使其正在OL和外壳之间达成有用的载荷传达。进一步的深远察看呈现，FFR由弹性有机基质和嵌入此中的脆性文石纳米线构成。文石纳米线纳米，线的长轴宗旨正在状貌上和扇形的径向宗旨相同，正在晶体学上纳米线，A到H）。推敲到文石晶体正在002晶向的压缩模量庞大于其他晶向，这种微观状貌和晶体学取向上的相同性意味着FFR能有用地为OL的拉伸供应支柱（图2，I和J）。这一结果也通过压缩力学和FEA模仿实行了进一步的验证。其余，FEA模仿结果显示，这种微米标准上的软硬复合微观组织正在压缩、拉伸、剪切三种受力状况下不妨实行妥协变形，正在这个历程中有机基质担当了大一面的压缩和剪切应变，极大地省略了质料内部的应力聚合，从而避免了文石纳米线侧向断裂，低浸了FFR产生疲困毁伤的或者性。

　　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脱钙经管之后的扫描图；（E和F）文石纳米线中的孪晶组织透射电子显微图片；（G和H）文石纳米线沿长度宗旨上的晶体学特色；（I和J）全部FFR中纳米线正在状貌上和晶体学上的取向剖判示妄图。

　　从FFR的横截面察看，文石纳米线呈近似六边形，筹议职员通过高离别透射电子显微镜也正在纳米线中呈现了纳米孪晶组织，推敲到文石纳米线宗旨成长，这一组织或者与文石晶体Pmcn空间群易变成（110）孪晶界亲昵闭系。这种沿纳米线纵向宗旨的孪晶组织的存正在，正在纳米标准上大大加强了纳米线，E和F）。与规范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所发现的出格之处正在于它能正在担当较大周向变形的同时，仍旧长功夫的组织成效的平稳。这项筹议从宏观到微纳米标准上揭示了FFR的跨标准众级组织计划准绳（图3）。

　　图3规范生物和人工组织质料的耐疲困计划机制。FFR中所具备的跨标准组织特色使其正在可变形本领上昭彰优于规范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也必然水准仍旧了其高硬度和刚度。

　　这项筹议揭示了含脆性基元的生物矿物质料正在较大形变下的耐疲困计划新机制，弥补了邦际上含脆性组元的仿生耐疲困质料计划的空缺，所提出的整合跨标准组织特色与成效特色的计划战略，不妨正在差异标准上充满阐明每种因素的固有特色，从而达成质料团体职能的优化。这种统筹变形性和耐疲困性的跨标准计划准绳希望为异日成效质料的仿生计划和创设供应全新思绪。

　　该筹议获得了邦度要点研发策画、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方针资助维持。