耐高温高强超韧层状复合材料的仿生构筑与性能优化

受贝壳珍珠层启发，国内外合成了一系列仿生层状复合材料，人工合成的有机-无机层状复合材料极大地提高了原始材料的强度、韧性等性能。然而由于仿生构筑所使用的有机高分子性能相对较低，尤其是耐高温性能，限制了仿贝壳珍珠层复合材料综合性能的进一步提高。本研究拟通过使用更强韧的陶瓷微板和耐高温高性能聚合物材料仿生构筑如贝壳珍珠层相似的微纳结构，以设计制备耐高温并具有超高力学性能的有机-无机杂化材料。借助课题组在仿生轻质高强和可溶性聚酰亚胺材料合成设计方面的经验，通过亚微米级三氧化二铝陶瓷微板的精细表面改性处理，利用胶体组装技术，将高强度的陶瓷微板与高耐热性可溶聚酰亚胺逐层组装，仿生构筑具有耐高温、轻质高强、高韧性等特性的新型人工材料，并通过在聚酰亚胺中引入含磷或含羟基结构，改善界面性能，进行性能优化，探索仿生层状复合材料的极限性能，为航空航天及国防用耐高温高强超韧材料的制备提供一种崭新的研究和设计思路。

贝壳珍珠层及其仿生材料是近些年来仿生材料领域的一个研究热点。我们在详细总结贝壳珍珠层的结构及增韧机制，并对近年来仿贝壳材料的制备方法及其研究进展进行深入了解基础上，系统开展了耐高温高强超韧仿贝壳珍珠层复合材料研究，设计并成功制备了一系列综合性能优异的具有类贝壳珍珠层“砖-泥”结构的耐高温层状复合材料，探索了仿生层状复合材料的极限性能，为航空航天及国防用耐高温高强超韧材料的制备提供一种崭新的研究和设计思路。