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Soft Defect-Tolerant Material Inspired by American Lobsters

材料科学 复合材料 韧性 极限抗拉强度 堆积 复合数 断裂韧性 纤维 物理 核磁共振
作者
Hao Zhang,Jingheng Shu,Jinrong Wu,Zhan Liu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:12 (23): 26509-26514 被引量:5
标识
DOI:10.1021/acsami.0c07762
摘要

The joint membrane of the American lobster shows an excellent combination of high strength, toughness, and defect tolerance due to the periodic helicoidal stacking of the fiber layers that are connected by a weak continuous matrix. Inspired by the joint membrane of American lobsters, we simply use nonwoven fabrics and silicon rubber to fabricate a multilayer soft composite with the helicoidal stacking and controllable matrix. The influences of stacking structure, matrix strength, fabrics strength, and notch size on the fracture behavior of the soft composite during the tensile process are systematically analyzed by both experimental tests and finite element analysis (FEA). We find that similar to the joint membrane, the soft composite demonstrates a gradual failure process and a linear relationship between tensile strength/toughness and notch size. Such phenomena demonstrate the strong defect-tolerant ability, thereby imparting the soft composite with both high strength and toughness. The defect-tolerant ability is closely related to the helicoidal stacking and weak matrix between the fabrics layers, which induce crack deflection and inhibit the propagation of cracks across the sample.

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