莫纳什大学
受节肢动物外骨骼结构启发的分段图案
鸣谢:自然通讯(2022)
多伊:10
1038/s41467-022-28991-5 莫纳什大学的研究人员发现了一种来自无脊椎动物坚硬外壳的新设计主题，这可能有助于为未来的建筑和建设创造更多的耐损伤材料
在发表于《自然通讯》的一篇论文中，莫纳什大学土木工程系的文慧·段教授表示，这种新模式，加入了八种已知和常见的生物结构设计模式，可以为复合材料和水泥等常用建筑材料添加高强度主题，并可能有助于减少碳排放
水泥行业是二氧化碳的最大生产者之一，占全球二氧化碳人为排放量的8%;这一发现将有助于通过提高材料的损伤容限来减少水泥的使用
研究团队在水泥材料中复制了设计主题，水泥是世界上消耗最多的建筑材料之一
他们采用3D打印技术，结合纳米技术和人工智能，制造了一种轻质水泥复合材料，采用了这种分段设计主题，展示了卓越的承载能力和独特的渐进破坏模式
“我们展示了这一设计主题在生产高强度、耐损伤轻质水泥材料中的应用
此外，与昆士兰大学和曼彻斯特大学的团队合作，这一设计主题还可以应用于各种材料，如陶瓷、玻璃、聚合物和金属材料，用于先进材料设计、能量储存/转换和建筑结构，”段教授说
自从1972年发现螺旋结构(生物学中最常见的结构模式之一)以来，人们一直致力于从世界上700多万种现存物种中提取设计主题，以帮助制造结构化/结构材料
经过近50年的研究，在大多数种类的物种中已经证实了显著的重复，但直到现在，只有八类设计主题被提取出来并在材料设计中采用
新的设计结构已经在各种物种中得到确认，例如节肢动物的外骨骼、哺乳动物的腿、两栖动物和爬行动物
这些设计主题是现代材料设计的宝贵灵感来源，并有助于结构材料的制造
“与当前的设计主题相比，我们的分段设计主题通过分段旋转来消耗能量
我们发现的设计主题的美妙之处在于，材料可以表现出独特的周期性渐进失效行为
这意味着我们可以将损坏控制在材料的特定区域内，而结构的其余部分仍然可以保持完整性和大部分(大约80%)的承载能力
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