|
多天然材料在多個不同層級構(gòu)造觀察礦物顯微鏡層級構(gòu)造 很多天然材料在多個不同的縱向尺度上具有特征鮮明的結(jié)構(gòu)，可以將其標識為“層級”構(gòu)造。典型的例子有木、骨或肌腱。層級平面通常以非常不同的構(gòu)造形式連接在一起，構(gòu)成一個層級復合物，可以滿足高度復雜的、形式多樣的功能性要求。一般來說，層級構(gòu)造對有機材料所具有的極其優(yōu)異的力學性能起著非常重要的作用。不過，目前對層級平面相互之間作用的了解還很少，因為在試驗中很難將單個的結(jié)構(gòu)平面分離出來。 對于輕量化概念來說，特別令人感興趣的是：一個層級構(gòu)造是否可以提高材料的力學性能。如果是的話，那么它是如何提高材料力學性能的。首先可以用基于簡化分級模型結(jié)構(gòu)的數(shù)學公式來進行研究。分級模型具有結(jié)構(gòu)化的層級平面。與有機材料中的層級平面不同，分級模型中的結(jié)構(gòu)化層級平面彼此相似。以蜂窩結(jié)構(gòu)為例，其胞壁也是由蜂窩構(gòu)成的，而蜂窩的胞壁則是由更小的蜂窩構(gòu)成的(以此類推)。雷克斯,引展示了一個分級蜂窩結(jié)構(gòu)，增加層級平面的數(shù)量可以提高壓力下的相對強度(對應于實體材料的強度)。造成這一現(xiàn)象的原因是這種結(jié)構(gòu)形式阻礙了壓彎。定向的泡沫結(jié)構(gòu)顯示出了類似的積極效果，只是效果不那么大，如骨小梁的情形。當層級平面的數(shù)量增加時，在彎曲載荷作用下的平板的層級斜撐結(jié)構(gòu)以及在壓力載荷作用下的層級殼形結(jié)構(gòu)(在一定的前提條件下，如在至少部分壓載荷下的彈性變形)的力學性能都得到了提高。 分級構(gòu)造可以節(jié)約材料。據(jù)此可以推測，由于擁有很多結(jié)構(gòu)不同的層級平面，有機材料還可以擁有更大的優(yōu)化潛力。因為從原則上來說，在不同的縱向尺度上也可以對其他的參數(shù)進行優(yōu)化。優(yōu)化的結(jié)果表現(xiàn)在性能組合上會產(chǎn)生很多優(yōu)點：例如，骨的強度比它的單一基本組件(骨膠原，羥磷灰石礦物質(zhì))的強度都要高，同時在剛度和韌性之間達到了非常好的妥協(xié)。
|
華東華南地區(qū)
