鸡喙微结构的韧性机理研究

指出了鸡喙是一种大自然中常见的复合材料,具有高强度、刚度以及断裂韧性等优越力学性能。鸡喙的优异力学性质密切相关于鸡喙内部的优良微结构。利用扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)对鸡喙内部的微结构进行了观察,发现鸡喙由坚固的骨外壁和多孔的内部蜂窝结构组成,其大的断裂韧性等力学性能优点主要来自于坚固的骨外壁。对骨壁的观察显示其是一种主要由胶原蛋白和羟基磷灰石构成的复合材料。羟基磷灰石在鸡喙内部呈层状并以平行于外表面的方式排列。而这些羟基磷灰石层又是由无数的扁平羟基磷灰石片平行堆叠而成。基于扫描电镜观察到的结构,通过建立相似的片状堆叠模型并进行了力学行为分析,研究了鸡喙力学行为与羟基磷灰石片形态之间的关系。结果表明:羟基磷灰石扁平的形状和平行的排列结构对鸡喙的断裂韧性具有非常显著的增强效果。