生物材料手性生长和力学性能的理论和实验研究

基本信息
批准号:11472191
项目类别:面上项目
资助金额:90.00
负责人:王建山
学科分类:
依托单位:天津大学
批准年份:2014
结题年份:2018
起止时间:2015-01-01 - 2018-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:杨春晖,于红军,谢海妹,许超宸,王立新,朱会娟
关键词:
生物材料几何阻挫生长力学性能手性效应
结项摘要

Many biological materials can control their growth, properties and even functions through the microscopic or hierarchical chirality. This project will conduct theoretical, experimental and computational investigations to gain insight into the physical mechanisms and the basic principles of the chirality effect of mechanical properties and growth of chiral biological materials from the viewpoint of mechanics. In this project, the hiearchical mechanis model for such biological materails and the corresponding modelling method will be developed firstly. Through the macro- and micro-scopic experiments, the mechanical properties such as material chirality and their size effects will be characterized. Based on observations of the growth process, the chiral growth model and morphologies evolution equation will be developed to investigate the effects of microscopic chirality on the formation and evolution of chiral morophologies of typical chiral biological materials such as climbing tendrils. In addition, applications of the bioinspired fiber with hierarchical chiral structures to the energy absorbing and storage will be also investigated.The results of this project will be helpful for revealing the mechanisms of chiral growth observed widely in nature world and shed new light on the design and fabrication of chiral micro- and nano-materials and their functionalization.

很多生物材料通过微尺度或多级手性来调控其生长、性能甚至是功能。本项目 拟针对攀附植物卷须、螺旋或扭转的植物叶子和根等手性生物材料的力学性能和生长,展开 较系统的理论、实验及计算模拟,以期从力学角度,增进对此类生物材料力学性能和生长的 手性效应的物理机制和基本规律的认识。考虑微尺度手性及非线性耦合变形,发展适用于此 类材料的多级结构力学模型和相应的计算模拟方法;通过宏微观力学加载实验,表征材料手 性等力学性能及其尺寸效应,揭示材料的微结构-性能关系;基于生长过程观测,建立材料 的手性生长模型和形貌演化方程,研究微尺度手性对形貌形成和演化的影响机制及规律。此 外,还将探讨多级结构仿生手性纤维材料在能量吸收存储方面的应用。本项目的研究将有助 于理解和揭示自然界的手性生长之谜,为微纳米手性材料设计、制备和功能化提供新的思路。

项目摘要

很多生物材料通过微尺度或多级手性来调控其生长、性能甚至功能。本项目针对攀附植物卷须、螺旋或扭转的植物叶子和根等手性生物材料的力学性能和生长,展开了较系统的理论、实验及计算模拟,从力学角度,增进了对此类生物材料力学性能和生长的手性效应的物理机制和基本规律的认识。通过宏微观力学加载实验和结构标注,研究了卷须的宏微观力学性能,揭示了其微结构-性能关系;基于纸条扭转试验,建立了生物纤维网络的手性传递模型,揭示了生物生长过程中手性形貌形成的微观力学机制,建立材料的手性生长模型和形貌演化方程;研究微尺度手性对形貌形成和演化的影响机制及规律。研究了手性纤维复合材料的螺旋纤维拔出的力学行为。建立了手性粱的铁木辛柯模型。本项目的研究有助于理解和揭示自然界的手性生长机制,为微纳米手性材料设计、制备和功能化提供了新的思路。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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