天然材料通常表现出优异的机械性能，包装在轻质结构中。天然材料的这种卓越性能是通过建筑设计的有效利用来实现的，这是难以综合复制的。近年来，固体力学研究的重点是利用生物材料和结构作为模型系统，揭示可以官方manbetx手机版在合成制造中实施的自然设计策略。事实上，“生物灵感”是一个活跃的科学探索领域，它为各种各样的应用提供了新颖的概念，包括:自锐切削工具，高效制冷和加热的建筑设计，以及高速列车的空气动力学部件。

图1所示。左图:非洲穿山甲(Manis Tricuspis)。中:非洲穿山甲鳞片的一个例子。右图:捕食者咬伤的示意图，角蛋白细胞随之断裂。非洲穿山甲的图片(左)使用知识共享3.0许可(Николай Усик / http://paradoxusik.livejournal.com/(自己的作品)，通过维基共享资源)进行转载。

在这种背景下，穿山甲是一种夜间食虫动物，主要分布在非洲和亚洲的部分地区，它们拥有由重叠鳞片网络构成的保护性盔甲。这些鳞片是由角蛋白构成的(指甲和头发也是由角蛋白构成的)，但令人惊讶的是，它们的强度足以抵御狮子、老虎和豹子等捕食者的咬伤。这种出色的保护是轻量级装甲设计的一个巨大兴趣来源，因为它是由相对较弱的部件组成的结构实现的。在本研究中，我们通过研究穿山甲鳞片的断裂韧性(即。(在穿山甲鳞片上传播一条裂缝所需的能量)。从这些力学测量中，我们了解到穿山甲鳞片的高断裂韧性来自于鳞片结构中角蛋白的组织——突出了材料结构的关键作用。更具体地说，我们已经表明，裂纹的传播可以沿着角蛋白结构调节的特定方向进行。通过这种方式，裂缝可以偏离鳞片下的软组织，从而有效地防御捕食者。我们还发现，湿度的增加对提高穿山甲鳞片的断裂韧性起着关键作用。这种效果类似于指甲干燥时的脆性断裂，而水分充足的指甲则相对坚硬。在生物灵感的主题下，我们的研究结果提出了利用穿山甲鳞片裂纹偏转机制的合成盔甲的设计策略。

马修·戴利，霍拉西奥·埃斯皮诺萨
西北大学机械工程系理论与工程学系
美国西北大学应用力学专业

出版

鳞片空间分布调节穿山甲鳞片断裂行为和韧性。
庄兆杰，戴利，王斌，肖欣，Zaheri A, Meyers MA, Espinosa HD
J Mech behavior Biomed Mater. 2017年12月

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