Högpresterande avancerade kompositmaterial med hög styvhet, styrka och utmärkta dämpningsprestanda är i brådskande efterfrågan inom flygindustrin, energi, höghastighetstransport och andra områden. Dock, det är svårt för traditionella dämpningsmaterial att utmärka sig i både dämpningsprestanda och de statiska mekaniska egenskaperna. I kontrast, de biologiska materialen i naturen uppnår samexistensen av överlägsna statiska och dämpande egenskaper genom sofistikerad mikrostrukturdesign. Till exempel, suturtessellationer av olika längdskalor finns i stor utsträckning i biologiska material som djurskallar, hackspett näbbar, sköldpaddsskal, purslanfrön, etc.

Nyligen, forskargruppen för professor Wei Xiaoding vid Institutionen för mekanik och teknikvetenskap publicerade sina teoretiska studier om effekten av suturstruktur på energispridningen av biokompositer i Journal of the Mechanics and Physics of Solids . Deras arbete etablerar sambandet mellan sutural geometri och dämpningsprestanda. Den visar hur biomaterial i naturen försiktigt monterar de strukturella bärande enheterna genom de suturala gränssnitten för att realisera samtidig optimering av utmärkt bärförmåga och dynamisk energispridningsprestanda. Teorin kan förklara hur olika biologiska material har utvecklat suturvinklar och amplituder för olika skalor under den långa evolutionära processen (figur 1).

Teamet syntetiserade vidare en bioinspirerad komposit med suturala gränssnitt genom en 3D-skrivare med flera material. Experiment visar att den bioinspirerade designen uppnår en enastående dämpningsprestanda samtidigt som den har en utmärkt bärighet. Resultatet från denna studie kan ge värdefull vägledning för design och tillverkning av en ny generation av avancerade strukturella kompositmaterial med enastående statiska och dynamiska mekaniska egenskaper.