目前，材料科学家可以采取从大自然中学习的方法来研究天然材料的结构-性能关系。

在这里，牛津大学Thomas James Marrow，韩国科学技术院Soon Hyung Hong，韩国科学技术研究院Jun Yeon Hwang介绍了一种受大自然启发的复合结构，展示了具有特定拓扑纹理的粒状构建块的分层组装。

文章要点

1）通过将晶粒取向的概念应用于每个构建块内部以诱导定制的抗裂性，提高了所得结构的结构复杂性。六边形粒状构建块中填充了平行取向的细丝束，由于嵌入了纤维增强材料，这些细丝束可用作具有高各向异性的刚性块。工艺诱导的界面空隙提供了优先裂纹路径，并与裂纹进行了战略性整合，以提高宏观尺度上的断裂韧性。

2）研究人员讨论了局部/全局取向、堆叠顺序、特征尺寸和粒状块的梯度组装对裂纹容忍行为的结构影响。交替堆叠顺序会诱导裂纹沿阻裂器方向扩展，从而使断裂能量比相同的铺层堆叠顺序高出 2.4 倍。特征尺寸从粗到细或从细到粗的梯度排列导致刚度和韧性共存。

研究人员将晶体学概念应用于复杂复合材料结构的方法启发了原始断裂力学模型。

参考文献

Yu, S., Park, S., Lee, K.T. et al. On the crack resistance and damage tolerance of 3D-printed nature-inspired hierarchical composite architecture. Nat Commun 15, 9532 (2024).

DOI：10.1038/s41467-024-53850-w

https://doi.org/10.1038/s41467-024-53850-w