AFM: 生物材料的结构取向和各向异性:功能设计和力学

水淼99

2020-01-06

       生物材料之所以表现出各向异性，是因为其组成成分的非均匀性以及它们在界面基质中的排列方式。结构方向的调节是自然材料设计的基础，可以为人造材料提供灵感。在这里，此文回顾如何在生物材料中设计结构取向和各向异性以实现不同的功能。基于二维复合材料模型，以木材和骨骼为例，介绍了不同力学性能的取向依赖关系；据此，加州大学伯克利分校Robert O. Ritchie等人阐明了各向异性体系结构及其在生物系统性能优化中的作用。生物结构定向是为了通过复杂的裂纹路径来实现外源性增韧，通过各向异性接触来实现鲁棒性和可释放性粘附，通过控制膨胀来实现可编程的动态响应，通过改变定向来增强接触损伤抗力，通过自适应结构重定向来同时优化多种性能。强调了可在人造系统中再现的基本力学和材料设计原则。最后，结合目前的研究进展，讨论了如何更好地理解这种结构定向和各向异性的自然设计。这些生物设计原则的转化可以促进具有前所未有的性能和功能的新合成材料的创造。

Zengqian Liu，Zhefeng Zhang，Robert O. Ritchie. Structural Orientation and Anisotropy in Biological Materials: Functional Designs and Mechanics. Advanced Functional Materials. 

DOI: 10.1002/adfm.201908121
https://doi.org/10.1002/adfm.201908121