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生物多级结构材料中的纳米孪晶增韧机制

作者:   时间:2016-12-04   点击:[]

日期(月) 十二月 日期(日) 5
地址 综合实验1号楼602

报告人:清华大学李晓雁 副教授

题目:生物多级结构材料中的纳米孪晶增韧机制

时间:2016年12月5日(星期一)10:00-11:30

地点:综合实验1号楼602

主办:运载工程与力学学部工程力学系,工业装备结构分析国家重点实验室

李晓雁 简介

李晓雁博士,男,清华大学副教授、博导。2012年1月于美国布朗大学获固体力学博士学位,同年2月至5月底在布朗大学工学院从事博士后研究。2012年9月加入清华大学工程力学系。近年来主要从事纳米结构材料力学的研究,主要是采用多尺度数值模拟、连续介质力学和材料学理论相结合的方法,研究纳米结构金属材料和低维纳米结构材料的力学行为和性能,及其对应的微观机理。2004年以来在Nature、Nature Materials、Nature Nanotechnology、Nature Communications、PNAS、PRL、Nano Letters、JMPS、Nano Energy、Advanced Materials、Small等国际期刊上发表SCI论文30余篇。

报告内容简介

粉红皇后海螺壳主要由95%碳酸钙和5%蛋白质组成,其的断裂韧性是天然碳酸钙矿石的3000倍。粉红皇后海螺壳具有多级结构,在其最低一级的结构中含有高密度的生长孪晶,其孪晶间距大约为几纳米。这些纳米孪晶已经被发现30余年,但是它们对于海螺壳结构力学性能的影响却一直是未知的。为此,我们采用原位透射电镜观察、大规模分子动力学模拟和有限元模拟研究了海螺壳最基本构造单元的断裂行为,从而发现了一种由纳米孪晶控制的增韧机制,即纳米孪晶能够有效地阻碍和捕捉裂纹,并在裂纹尖端诱导非晶化相变和非局域变形。这一增韧机制使得海螺壳中的纳米孪晶碳酸钙的断裂韧性比天然碳酸钙矿石高一个数量级。这一增韧机制通过生物多层次结构的不断放大,最终导致海螺壳整体结构的断裂韧性比天然碳酸钙矿石高三个量级。

 

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