2026-08-05
Vào tháng 8 năm 2026, các nhà nghiên cứu từ Viện Công nghệ Bắc Kinh đã công bố một nghiên cứu đột phá trongNature Communications, đề xuất một chiến lược lấy cảm hứng từ sinh học để vượt qua sự đánh đổi lâu dài về "sức mạnh so với độ dẻo dai" trong vật liệu tổng hợp ma trận gốm (CMC).
Thách thức
CMC rất quan trọng đối với các phương tiện siêu âm và các thành phần phần nóng của động cơ máy bay.
| Loại giao diện | Vấn đề |
|---|---|
| Quá mạnh. | Phá vỡ sợi mỏng, độ dẻo dai thấp |
| Quá yếu. | Chuyển tải kém, sức mạnh thấp |
Cách tiếp cận truyền thống chỉ là sự thỏa hiệp giữa hai yếu tố: sức mạnh và sự cứng rắn.
Sự đột phá
Lấy cảm hứng từ cấu trúc cầu khoáng của Nacre, nhóm đã thiết kế mộtgiao diện carbon pyrolytic xốp lấy cảm hứng từ sinh họcBằng cách tạo ra nanopores tại giao diện sợi / ma trận, họ đạt đượcđiều khiển không đối xứngcủa sức mạnh liên kết giao diện và căng thẳng ma sát
Giao diện dễ dàng giải nén khi các vết nứt tiếp cận, nhưng vẫn duy trì ma sát cao trong khi slide sợi - một thiết kế "chức năng kép" phá vỡ sự đánh đổi.
Kết quả thực hiện
Mức độ vi hợp chất:
- Độ bền kéo:903 MPa38% cao hơnso với các đối tác giao diện dày đặc
-
Năng lượng gãy: 1.8x cao hơn
Mức độ tổng hợp vĩ mô 3D:
-
Độ bền kéo ở nhiệt độ phòng: 158,5 MPa →385.4 MPa(~1.4 lần cải thiện)
-
Độ bền kéo 1200°C: 80,0 MPa →308.1 MPa
Tại sao nó hiệu quả?
| Cơ chế | Tác động |
|---|---|
| Nanopores tập trung căng thẳng | Khởi động micro-crack bắt đầu và nhánh |
| Con đường nứt trở nên xoắn ốc | Tăng khả năng tiêu hao năng lượng |
| Bề mặt gãy thô | Tăng ma sát và chuyển tải tải |
| Nhiều vết nứt nhỏ so với một vết nứt lớn | Khả năng chịu tổn thương cao hơn |
Hợp chất kết hợp giao diện xốp đạt mật độ nứt chính là 19 / mm (so với 10 / mm), với các lỗ nứt nhỏ hơn nghĩa là năng lượng được sử dụng để tạo ra các vết nứt vi mô mới thay vì làm lớn những vết nứt hiện có.
