Biomimetic Gradient Bouligand Structure Enhances Impact Resistance of Ceramic‐Polymer Composites

材料科学 陶瓷 复合材料 聚合物 结构材料 抗冲击性 烧结 变形(气象学)
作者
Shao‐Meng Wen,Siming Chen,Weitao Gao,Zhijun Zheng,Jia‐Zheng Bao,Chen Cui,Shuai Liu,Huai‐Ling Gao,Shu‐Hong Yu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (21) 被引量:66
标识
DOI:10.1002/adma.202211175
摘要

Biological materials relied on multiple synergistic structural design elements typically exhibit excellent comprehensive mechanical properties. Hierarchical incorporation of different biostructural elements into a single artificial material is a promising approach to enhance mechanical properties, but remains challenging. Herein, a biomimetic structural design strategy is proposed by coupling gradient structure with twisted plywood Bouligand structure, attempting to improve the impact resistance of ceramic-polymer composites. Via robocasting and sintering, kaolin ceramic filaments reinforced by coaxially aligned alumina nanoplatelets are arranged into Bouligand structure with a gradual transition in filament spacing along the thickness direction. After the following polymer infiltration, biomimetic ceramic-polymer composites with a gradient Bouligand (GB) structure are eventually fabricated. Experimental investigations reveal that the incorporation of gradient structure into Bouligand structure improves both the peak force and total energy absorption of the obtained ceramic-polymer composites. Computational modeling further suggests the substantial improvement in impact resistance by adopting GB structure, and clarifies the underlying deformation behavior of the biomimetic GB structured composites under impact. This biomimetic design strategy may provide valuable insights for developing lightweight and impact-resistant structural materials in the future.
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