具有自适机械性能的生物启发材料

天然结构材料,如骨骼和木材,能够自主调整其机械性能以响应载荷从而防止失效。它们利用生物信号引导的局域可用资源,智能地在高应力位置控制材料的添加。相反,合成结构材料具有不变的机械性能,限制了其机械性能与服务寿命。本文报道了一种受骨矿化过程启发、能自主响应机械载荷调整其机械性能的材料系统。观察到压电支架的电荷可诱导含矿物质的介质发生矿化。该材料系统通过按载荷大小及由此产生的压电电荷成比例地诱导矿物沉积来适应机械载荷。此外,该机制通过控制支架上的应力分布,提供了一条制备梯度材料的简便一步法路线。这些发现可为新一代自适材料铺平道路,这类材料可强化高应力区域或在损伤区域因应力增加而诱导矿物沉积,以预防/减轻失效。它们也有助于通过自适能力应对当前承重应用中合成材料面临的挑战。