Structure and mechanics of interfaces in biological materials

韧性 材料科学 刚度 变形(气象学) 断裂力学 天然材料 生物材料 复合材料 计算机科学 高分子科学 工程类 生化工程
作者
François Barthelat,Yin Zhen,Markus J. Buehler
出处
期刊:Nature Reviews Materials [Springer Nature]
卷期号:1 (4) 被引量:685
标识
DOI:10.1038/natrevmats.2016.7
摘要

Hard biological materials — for example, seashells, bone or wood — fulfil critical structural functions and display unique and attractive combinations of stiffness, strength and toughness, owing to their intricate architectures, which are organized over several length scales. The size, shape and arrangement of the ‘building blocks’ of which these materials are made are essential for defining their properties and their exceptional performance, but there is growing evidence that their deformation and toughness are also largely governed by the interfaces that join these building blocks. These interfaces channel nonlinear deformations and deflect cracks into configurations in which propagation is more difficult. In this Review, we discuss comparatively the composition, structure and mechanics of a set of representative biological interfaces in nacre, bone and wood, and show that these interfaces possess unusual mechanical characteristics, which can encourage the development of advanced bioinspired composites. Finally, we highlight recent examples of synthetic materials inspired from the mechanics and architecture of natural interfaces. The mechanical performance of hard biological materials is not only governed by their composition and architecture but also by the interfaces they contain. This Review discusses the composition, structure and mechanics of key interfaces within nacre, bone and wood, and their role in deformation and toughness.
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