最近，柔性和可折叠设备以惊人的速度发展。越来越多的可折叠设备出现在人们的生活中。长期使用要求折叠部件承受反复变形，可能导致设备疲劳损坏。因此，损坏将影响设备的正常功能。

双壳类动物Cristaria plicata的铰链在其一生中会经历数十万次重复的阀门打开和关闭运动，受其启发，于书红教授领导的研究小组与科技大学吴恒安教授合作中国科学技术大学提出了提高结构材料抗疲劳性能的策略。该论文题为“Deformable Hard Organization with High Fatigue Resistance in the Hings of Bivalve Cristaria plicata”，于2023年6月23日发表在《Science》杂志上。

研究人员阐明了软体动物双壳类 C. plicata 铰链中可变形生物矿物组织的抗疲劳机制，并通过多尺度结构挖掘各部件的固有特性，提出了一种新颖的抗疲劳结构材料设计策略。

他们发现，铰链中的折叠扇形区域(FFR)可以在重复打开和关闭阀门运动时承受较大的变形，并长期保持其结构和功能。即使在 1,500,000 次循环后，该组织仍然功能良好，并且没有表现出疲劳行为的迹象。

铰链由两个区域组成，外韧带(OL)和折叠扇形区域。通过观察和有限元分析，研究人员揭示了每个铰链区域在阀门运动过程中的作用。闭合时，拉伸的OL主要承担周向应力并储存大部分弹性应变能，而FFR则周向变形，在有限的径向变形下提供强大的径向支撑以固定OL。

他们揭示了从宏观层面到晶格层面的分层结构赋予FFR显着的变形能力和载荷转换能力。

这项工作为设计具有脆性成分的人造材料提供了一种新颖的仿生模型，并为延长材料的寿命带来了新的视角。多层次的设计策略为未来抗疲劳材料的开发提供了线索。

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