生物犄角材料的研究进展

摘要

犄角的组分、微观结构和几何构型特点是经过长期自然进化和自然选择而形成的，能够保证牛角具有优异的承载能力。经过亿万年的生物自然竞争、优胜劣汰，雄性牛科动物犄角具有高强度、高韧性、高抗冲击能力，其内在根源在于α~角蛋白的组成成分、独特的叠层和细管微观结构、轻质高效的芯-壳结构、锥形螺旋几何构型等。本文对六十年来关于动物犄角的研究成果进行了总结，阐述了动物犄角的研究历程，概括了动物犄角的宏-微观结构、力学性能及其相关的试验研究，并以牛角、大角羊犄角和犀牛角这三种被广泛研究的动物犄角为例阐释了微观结构和犄角优异力学性能的关系。本文提供的对动物犄角力学性能和结构的基本理解，将为动物犄角的研究和高强度、高韧性、高抗损伤仿生材料及具有高抗冲击和抗疲劳能力仿生结构的设计提供参考。