螳螂虾尾部护甲的结构与性质关系
军事

螳螂虾尾部护甲的结构与性质关系

2019年11月28日 21:11:16
来源:蓝海星智库

受美国空军科学研究署资助,加州大学河滨分校和普渡大学的研究人员合作,研究了螳螂虾用于抵御同类进攻的腹部护甲,阐明了这种耐损伤生物复合材料的多尺度结构与力学性质关系。

图 受螳螂虾启发制备的螺旋状纤维结构复合材料

螳螂虾就是一种具有较强攻击性的海洋甲壳类动物,为了防御同类的强烈攻击,螳螂虾具有盾形尾节腹部护甲。 研究人员对孔雀螳螂虾(粉碎型,攻击性强)和斑马螳螂虾(穿刺型,攻击性弱)的尾节护甲结构进行了研究和比较。 形态研究表明,粉碎型螳螂虾的尾节护甲正面具有较多的宏观凹形形状,角质层厚,外部的矿化程度高。 背面具有脊状区域,可吸收冲击能量。 护甲的微观结构分析显示,粉碎型螳螂虾的角质层具有更多的螺旋状纤维结构,在角质层内产生扭曲裂纹,增强了韧性和强度。 恢复系数的测量表明,尾节护甲具有非弹性响应,能有效地吸收和消散69%的冲击能量。

这项研究揭示了生物外骨骼超微结构与生物复合材料结构和韧性的关系,有助于指导轻型护甲材料设计与研发,可用于航空航天装备、士兵防护装备等抗冲击防护。