Aligning curved stacking bands to simultaneously strengthen and toughen lamellar materials

层状结构 堆积 材料科学 韧性 复合材料 增韧 曲率 石墨烯 纳米技术 几何学 数学 核磁共振 物理
作者
Yanqiu Jiang,Fan Guo,Jiacheng Zhang,Zhen Xu,Fang Wang,Shengying Cai,Yingjun Liu,Yifan Han,Chen Chen,Yilun Liu,Weiwei Gao,Chao Gao,Weiwei Gao,Chao Gao
出处
期刊:Materials horizons [Royal Society of Chemistry]
卷期号:10 (2): 556-565 被引量:8
标识
DOI:10.1039/d2mh01023b
摘要

A layered architecture endows structural materials like nacre and biomimetic ceramics with enhanced mechanical performance because it introduces multiple strengthening and toughening mechanisms. Yet present studies predominantly involve enhancing the alignment in planar lamellar structures, and the effects of the stacking curvature have largely remained unexplored. Here we find that ordered curved stacking bands in lamellar structures act as a new structural mechanism to simultaneously improve strength and toughness. Aligned curved bands increase interlayer frictional resistance to show a strengthening effect and suppress the crack propagation to show an extrinsic toughening effect. In prototypical graphene oxide films, rational regulation of the intervals and orientations of curved bands bring a maximum 162% improvement in strength and 183% improvement in toughness simultaneously. Our results reveal the hidden effects of the stacking curvature on the mechanical behaviors of lamellar materials, opening an extra design dimension to fabricate stronger and tougher structural materials.
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