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　　近日，聊城大學(xué)郭安福教授團(tuán)隊(duì)從龜甲咬合縫的結(jié)構(gòu)以及鱗足蝸牛貝殼材料的分層結(jié)構(gòu)中獲取靈感，提出了一種仿生層狀陶瓷-金屬?gòu)?fù)合材料的設(shè)計(jì)與制備方法。相關(guān)研究成果以《仿生層狀陶瓷-金屬?gòu)?fù)合材料的增材制造：增強(qiáng)韌性和抗損傷性》（Additive manufacturing of bionic layered ceramic - metal composites for enhanced toughness and damage resistance）為題，發(fā)表于國(guó)際期刊Virtual and Physical Prototyping（中科院1區(qū)，IF="10.2）。該期刊是增材制造領(lǐng)域內(nèi)TOP期刊，在工業(yè)和制造工程領(lǐng)域具有較高的學(xué)術(shù)影響力。

　　為實(shí)現(xiàn)這兩種仿生結(jié)構(gòu)的融合，該團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地將還原光聚合（VPP）和粉末床熔融（PBF）兩種增材制造工藝相結(jié)合，成功制備出具有高斷裂韌性和彎曲強(qiáng)度的陶瓷-金屬?gòu)?fù)合材料。該團(tuán)隊(duì)還深入研究了二維與三維結(jié)構(gòu)對(duì)這種復(fù)合材料抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性的影響。研究結(jié)果表明，復(fù)合材料的機(jī)械性能受三維結(jié)構(gòu)的影響較為顯著。具體而言，二維結(jié)構(gòu)能夠最大程度地降低部件發(fā)生災(zāi)難性損壞的風(fēng)險(xiǎn)，而三維結(jié)構(gòu)則有助于增強(qiáng)材料的抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性。通過(guò)有限元分析進(jìn)一步證實(shí)，三維結(jié)構(gòu)有利于加快載荷傳遞速度，提高應(yīng)力分布的均勻性。由于316L SS提供了內(nèi)在增韌機(jī)制，浸滲劑提供了外在增韌機(jī)制，與普通層狀復(fù)合材料相比，這種仿生復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性均得到了明顯提升。

　　該研究成果為復(fù)合材料的設(shè)計(jì)與應(yīng)用提供了極具價(jià)值的參考，為仿生復(fù)合材料設(shè)計(jì)制備提供新思路，展示了多材料復(fù)合制備的新途徑，且該復(fù)合材料因兼具316L SS和Al₂O₃的特性，在工業(yè)管道、環(huán)保、高壓電氣等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用前景，有望推動(dòng)相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展。

　　本文第一作者為聊城大學(xué)機(jī)械與汽車(chē)工程學(xué)院碩士生吳海龍，通訊作者為聊城大學(xué)郭安福教授和深圳大學(xué)陳張偉教授；合作研究者為美國(guó)密西西比州立大學(xué)胡瑩賓助理教授。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、山東省自然科學(xué)基金、廣東省教育廳重點(diǎn)項(xiàng)目等項(xiàng)目支持。

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