Phys.Rev.Lett：天然生物材料研究取得新进展
珍珠母拉伸的(a)应力—应变曲线；(b)对应的横向应变曲线；(c)对应的Poisson比变化。
珍珠母拉伸过程中负Poisson比的产生机制——断裂矿物桥间的相互攀爬。
天然生物材料历经了长期的进化，其微结构和与之相对应的力学性能趋于最优化，所表现出的材料的优异强韧性及功能适应性，是传统人工合成材料无法比拟的。例如，一支粉笔和一块贝壳，从化学成分上来说几乎是一样的，但粉笔远比贝壳容易折断。两者性能上的差异源于其微结构，即贝壳中碳酸钙晶粒拥有特殊的有序排列。因此，对生物材料微结构和性能的研究成为现代高性能合成材料设计和制备的热点。
最近，中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室（LNM）宋凡研究员及其合作者对一类天然生物矿化材料——贝壳珍珠母进行拉伸实验发现，在珍珠母的拉伸大变形中存在负Poisson 比效应（如图1）。他们的研究表明，这种负Poisson效应能够极大地提高材料应变能中的体积膨胀能量，同时减少形变能量，使得这类天然生物陶瓷材料在其变形过程中显示出极大的能量吸收能力，并由此导致材料具有大变形能力，这种材料性质是目前人工合成陶瓷材料根本不可比拟的。进一步的研究证明，贝壳珍珠母大变形中的负Poisson 比效应的产生根源是珍珠母有机基质层中的一种纳米结构——矿物桥（如图2）。
相关研究结果发表在《物理评论快报》（Phys.Rev.Lett）上，并被选入由美国物理研究所和美国物理学会共同主办的反映当前物理学和材料科学研究前沿中的焦点问题的刊物“Virtual Journal of Nanoscale Science & Technology”(June 30, 2008)。该项工作得到了国家自然科学基金委和中国科学院资助。（生物谷Bioon.com）
生物谷推荐原始出处：
Phys.Rev.Lett，100, 245502，Fan Song，Yilong Bai
Effect of a Negative Poisson Ratio in the Tension of Ceramics
(Received 30 October 2007; published 18 June 2008)
The effect of a negative Poisson ratio is experimentally revealed in the tension deformation of a natural layered ceramic. This effect can increase the volume strain energy per unit volume by 1100% and, simultaneously, decrease the deformation strain energy per unit volume by about 44%, so that it effectively enhances the deformation capacity by about 1 order of magnitude in the tension of the material. The present study also shows that the physical mechanisms producing the effect are attributed to the climbing on one another of the nanostructures in the natural material, which provides a guide to the design of synthetic toughening composites.
- 众说风云 (已有0条评论)
