TMR重磅学者｜西北工业大学燕翌副教授：反燕尾结构如何打破珍珠层“强度—韧性”制衡？

本文通过研究多种贝类珍珠层，揭示了其内部“反燕尾”与“燕尾”结构的力学优势转换机制。背景上，天然珍珠层以其“砖-泥”结构兼具高强度与高韧性，长期以来燕尾型互锁结构被认为是最优设计。研究目的在于解释在部分深海贝类中频繁出现的反燕尾结构的形成机制与力学优势。结论表明，研究首次提出“尺寸驱动形貌适配”机制，即当片层厚度低于约350纳米时，反燕尾结构能优化应力分布、促进裂纹偏转并显著降低应力集中，从而提升韧性；而当片层厚度超过600纳米时，传统燕尾结构更利于维持刚度。研究进一步发现，天然珍珠层通过“内层反燕尾—外层燕尾”的梯度化设计，实现了强度与韧性的协同提升，为高性能仿生复合材料提供了新的结构范式。