具有织构梯度的生物矿物是通过应力离域增韧的功能梯度生物陶瓷
材料科学
2021-12-22 v1
摘要
生物矿化生物因其生成具有非凡晶体学控制能力结构的特点而被广泛注意和深入研究。主要受到关注的是诸如海胆或双壳类这样生成近乎单晶生物晶体的生物。相比之下，具有看似无序多晶生物盔甲的生物矿化生物相对未被研究。然而，黑唇珍珠贝（Pinctada margaritifera）中的晶体有序性揭示，具有变化晶体织构的生物矿物是一类未被认识的功能梯度材料。晶体织构的改变不可避免地因晶体取向依赖的力学性质而引起杨氏模量的变化。Pinctada margaritifera 的案例表明，具有此类晶体学梯度的生物陶瓷通过应力离域和降低的应力强度因子实现增韧，优于非梯度对应物。这些发现表明，许多因其多晶性和变化晶体织构而被视为有序度差的生物矿物，可被视为具有迄今未识别的涌现力学性质的梯度材料。其底层设计原理极为简单，可应用于广泛的晶体材料类别，因而可作为未来仿生功能材料的蓝图。
引用
@article{arxiv.2008.05790,
title = {Biominerals with Texture Gradients are Functionally Graded Bioceramics Toughened by Stress Delocalization},
author = {David Wallis and Joe Harris and Corinna F. Böhm and Di Wang and Pablo Zavattieri and Patrick Feldner and Benoit Merle and Vitaliy Pipich and Katrin Hurle and Simon Leupold and Lars N. Hansen and Frédéric Marin and Stephan E. Wolf},
journal= {arXiv preprint arXiv:2008.05790},
year = {2021}
}