【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】高速沖擊載荷下的高效能量耗散是航空航天、裝甲防護等領(lǐng)域的核心需求，但傳統(tǒng)防護材料長期面臨 "強而不韌" 的固有矛盾。自然界中螳螂蝦的附肢通過從剛性外層到柔性內(nèi)層的無縫模量過渡，實現(xiàn)了高強度與高韌性的協(xié)同，為材料設(shè)計提供了仿生范本。然而，現(xiàn)有仿生硬柔復(fù)合材料大多依賴粘合劑或非共價作用組裝，模量突變界面易引發(fā)應(yīng)力集中和層間脫粘，嚴(yán)重制約防護效能。
 

　　針對上述瓶頸，西安交通大學(xué)化學(xué)學(xué)院張彥峰教授團隊提出單體擴散與動態(tài)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)相結(jié)合的策略，成功構(gòu)筑了具有連續(xù)模量梯度界面的剛?cè)峒啥鄬硬牧?。該研究以聚雙環(huán)戊二烯(pD)為剛性相、其與環(huán)辛烯共聚物(pDC)為柔性相，利用動態(tài)烯烴復(fù)分解化學(xué)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)熱激活重構(gòu)。柔性單體向預(yù)固化剛性網(wǎng)絡(luò)擴散并原位聚合，伴隨動態(tài)共價鍵交換形成交聯(lián)密度連續(xù)變化的過渡區(qū)，最終構(gòu)建出厚度約 60 微米的無縫梯度界面。團隊采用聚集誘導(dǎo)發(fā)光分子與量子點雙熒光標(biāo)記策略實時追蹤單體擴散動力學(xué)，納米壓痕測試進一步證實了連續(xù)模量梯度的形成。
 

　　所制備的 7 層梯度材料(7L-G)展現(xiàn)出卓越的強韌協(xié)同性能：拉伸強度達 51.7 MPa，斷裂伸長率 261.0%，韌性達 98.5 MJ/m³，約為純剛性 pD 的 41 倍。動態(tài)沖擊測試中，7L-G 在高應(yīng)變率下表現(xiàn)出的體積比吸能顯著優(yōu)于近期發(fā)表的抗沖擊材料。實彈彈道沖擊測試(133 J)更直觀展示了其優(yōu)異防護能力： 7L-G 即可將彈丸安全嵌入，僅產(chǎn)生局部變形；而純剛性樣品則完全碎裂。有限元模擬揭示，連續(xù)模量過渡有效抑制了界面應(yīng)力波反射與能量局部化。
 

　　該研究證實了模量梯度界面在提升剛?cè)岵牧辖缑嫱暾耘c能量耗散效率方面的關(guān)鍵作用，為下一代高性能抗沖擊防護材料提供了通用設(shè)計策略。
 

　　該研究成果近日以《具有卓越的能量耗散性的仿生剛-柔梯度結(jié)合材料》(Bio-Inspired Rigid–Flexible Integrated Materials With Gradient Interphases for Superior Energy Dissipation)發(fā)表于材料領(lǐng)域頂級期刊《先進材料》(Advanced Materials)。西安交通大學(xué)化學(xué)學(xué)院助理教授崔晨暉為論文第一作者，張彥峰教授與中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)馬麗副研究員為共同通訊作者，西安交通大學(xué)為第一完成單位。該工作得到了國家自然科學(xué)基金、陜西省高校青年創(chuàng)新團隊、陜西省重點研發(fā)計劃、軍事醫(yī)學(xué)科技研究計劃、陜西省博士后科研資助項目、陜西先進材料實驗室等項目資助。
 

　　引用：西安交大張彥峰教授團隊在仿生剛?cè)峤Y(jié)合抗沖擊材料領(lǐng)域取得重要進展 西安交通大學(xué) 【引用時間：2026年9月22日】