多层仿生材料结构设计与抗冲击性能测试（合作企业：大族激光）

项目成员：刘屿希、张宸

指导老师：白家鸣 教授

      海螺壳是自然界中最坚韧的抗冲击材料之一，然而，海螺壳结构因其高复杂度，难以用普通的生产技术来还原。但增材制造技术的出现使得还原海螺壳仿生结构材料的愿望成为可能，通过增材制造技术，仿生海螺壳复杂的层次结构和其出色的抗冲击性能得以展现。在这次综合设计里，我们使用增材制造技术打印了基于海螺壳生物结构而设计的多个不同规格的海螺壳仿生结构样品，并通过冲击实验测试了不同结构样品的抗冲击能力。

      自然界中的海螺壳通常由碳酸钙和多种生物聚合物组成，这些材料通过特定的组合方式，赋予了海螺壳很高的机械强度，由碳酸钙组成的矿物质使得海螺壳体具有高硬度，而海螺壳独特的层级结构的矿物质层之间的生物聚合物给海螺壳提供了高效的能量消耗机制，使得海螺壳更耐冲击，更难断裂。在实验中，我们用刚性树脂材料代替海螺壳的碳酸钙层，用类橡胶树脂代替海螺壳的蛋白质层，设计出了六种不同结构的仿生材料。我们使用冲击试验机测试了不同仿生材料在受到相同能量冲击时所能消耗的能量，并我们最终确认了能较好的发挥其抗冲击性能的仿生结构。