蚕丝多尺度分级结构的力学行为和机理研究

生物材料微纳米力学与仿生是当今材料科学、固体力学等的研究前沿领域之一，不仅有助于揭示生物材料优异性能的根源，而且对于微纳米技术、先进材料设计与制备有重要意义。蚕丝作为一种典型的生物纤维，具有精巧的微纳米多尺度分级结构，具有多方面的优异性能。本项目旨在对蚕丝微纳米分级结构及其在外载作用下的相变演化进行系统的实验观察、测量与表征，采用微纳米力学的理论与分析方法研究蚕丝的变形、强度与破坏行为与其微纳米结构之间的关系。发展适用于蚕丝纤维生物材料的多尺度的理论分析方法与模型，分析其有效弹性、弹塑性和物理性质与多尺度分级结构参数之间的定量关系，并探究不同尺度的相互耦合与相互影响。通过原子力显微镜和环境扫描电镜实时在位观察，研究各种不同载荷作用下（如拉伸、弯曲、扭转、循环载荷等），蚕丝纤维分级结构的变形、损伤、疲劳与断裂的物理机制与强韧化机。并根据研究结果探讨在材料仿生与织造工艺中的应用。