是要好好学学Ashby 图了，别看没用，还是很有用

摘要：Ashby图是一种同时展示某一材料的两种属性并可进行多种类别材料属性比较的散点图。它很方便，可以说明哪种材料在x轴或y轴上显示的属性最高（或最低），而且还能说明哪种材料在两种属性之间的比率最高。此外，它还有助于比较与材料尺寸或密度有关的属性值，并提供了将大量信

Ashby图是一种同时展示某一材料的两种属性并可进行多种类别材料属性比较的散点图。它很方便，可以说明哪种材料在x轴或y轴上显示的属性最高（或最低），而且还能说明哪种材料在两种属性之间的比率最高。此外，它还有助于比较与材料尺寸或密度有关的属性值，并提供了将大量信息浓缩到一个紧凑但易于理解的形式的可能性。

像下图中同时展现了一种材料的断裂韧度和杨氏模量。多种材料放在图中展示，以及显示两种材料复合之后新材料的两种属性。反正可以让你的论文图表更加简洁明了高大上。

常用的Ashby's材料属性图：

强度-模量，强度与变形量，变形范围大同时强度高可能是一种比较理想的柔性机构材料；

多种合成和天然材料的断裂韧性与强度的Ashby图。图片来源：Science

如何同时提高玻璃材料的强度和韧性呢？不少科学家都想到了自然界中同时具有出色强度和韧性的材料——贝壳内表面的珍珠层（nacre，又称为珍珠母）。色彩绚丽的珍珠层，其优秀机械性能得益于多尺度、多层次、高度有序的“砖-泥”（brick-and-mortar）微观结构。科学家们尝试在玻璃材料中复制其结构，取得了不少进展。

比如，Barthelat课题组用脉冲激光在普通硼硅酸盐玻璃板上雕刻出正方形或六边形图案制备玻璃片层（“砖”），以乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）作为玻璃片层之间的高分子粘结层（“泥”），层压后得到仿珍珠层的高强度、高断裂韧性玻璃复合材料（Science, 2019, 364, 1260–1263，点击阅读详细）。

不过，这种复合材料需要精细加工，难以大规模生产，而且透明度也不太好。再比如，Magrini等人以聚（甲基丙烯酸甲酯）（polymethyl methacrylate，PMMA）为“泥”、玻璃片为“砖”，并调整了二者折射率使之尽量匹配，开发了一种可规模生产的仿珍珠层复合材料（Nat. Commun., 2019, 10, 2794）。尽管具有优异的抗断裂性能，但这种复合材料的透明度较低。

以这两个例子为代表的仿珍珠层玻璃复合材料相关研究，一般来说，难以在机械性能、透明度、规模化生产这三项指标上都令人满意。

在Magrini等人研究的基础上，加拿大麦吉尔大学的Allen J. Ehrlicher教授课题组报道了一种集强度、韧性和透明度于一体的仿珍珠层玻璃复合材料，而且制备简便，有规模化生产的潜力。具体而言，他们也是以PMMA为“泥”、玻璃片为“砖”，将微米大小的玻璃片和PMMA混合并通过离心形成有序结构，最后加热促进PMMA聚合制备透明且强韧的玻璃复合材料。其中的关键有二：其一，将PMMA的折射率调整为与玻璃折射率一致；其二，玻璃片表面预先进行化学功能化以创建连续界面。相关成果于近期发表在Science 上。

这是2021年。

再来一个水凝胶登顶SCience。

【仿生频率阻尼介绍】

身体活动会干扰生理信号的测量，并且通常需要带通滤波来去除伪影。公园等人。从蜘蛛表皮垫的粘弹性中汲取灵感，可以将目标振动信号与机械噪声分开。他们开发了一种明胶/壳聚糖水凝胶阻尼器，该阻尼器将吸收低于 30 赫兹的频率，而由于水凝胶中微弱的互联网络键的暂时破坏，更高的频率会传输。作者表明，水凝胶可用于检测脑电图和心电图等电生理信号，而不受患者行走或呼吸的干扰。

【摘要】

生物电子学需要持续监测患者的机械和电生理信号。然而，这些信号总是包含患者意外运动的伪影（例如大约 30 赫兹以下的步行和呼吸）。当前去除它们的方法是使用带通滤波器的信号处理，这可能会导致信号丢失。科研人员提出了一种非常规的带通滤波器材料——粘弹性明胶-壳聚糖水凝胶阻尼器，其灵感来自蜘蛛体内的粘弹性表皮垫——以选择性地去除动态机械噪声伪影。水凝胶表现出与频率相关的相变，导致抑制低频噪声的橡胶态和传输所需高频信号的玻璃态。它用作自适应通滤波器，能够从患者那里采集高质量信号，同时最大限度地减少先进生物电子学的信号处理。

【图文导读】

相关论文以题为“Cuticular pad–inspired selective frequency damper for nearly dynamic noise–free bioelectronics”发表在《Science》上。通讯作者是成均馆大学Tae-il Kim教授。

参考文献：

DOI: 10.1126/science.abj9912

强韧性匹配是大多数结构材料的重要要求，不幸的是，这些性质通常是互斥的，尽管对更坚固、更硬材料的追求仍在继续，但如果没有适当的抗断裂性能，这些材料几乎没有用处。在大多数安全关键应用中，灾难性断裂是不可接受的，对此来自加州大学劳伦斯伯克利国家实验室的Robert O. Ritchie教授发表综述，以金属玻璃、天然和生物材料、结构和仿生陶瓷为例，介绍了处理这一冲突的一些新策略。

几乎所有工程结构材料的一个要求是它们既坚固又坚韧，但在大多数材料中，强度和韧性的特性总是相互排斥的，韧性是材料对断裂的抵抗力，因此韧性可以被测量为导致断裂所需的能量，可以使用断裂力学方法来测量，例如，引发或扩展预先存在的裂纹所需的应力强度因子K、应变能释放率G或非线性弹性J积分。如图1，材料经受有限变形的能力是赋予韧性的一个关键方面，这一特征能够局部耗散高应力，否则会导致材料断裂，如位错塑性、贝壳中矿物片层之间的摩擦运动及金属玻璃中的剪切带传播，因此，韧性的性质是一种妥协。

为了提供这方面的背景，将断裂过程视为另一个冲突是有用的，从断裂力学的角度来看，这是在所谓的内在损伤过程和外在裂纹尖端屏蔽机制之间的相互竞争，内在损伤过程在裂纹尖端之前起作用以促进其传播，外在裂纹尖端保护机制主要在裂纹尖端之后起作用以抑制这种情况。损伤机制取决于纳米/微观结构的性质，并涉及诸如裂纹尖端之前的工艺区内第二相的开裂或脱粘之类的过程。内在增韧与使这些过程更加困难有关，并且主要与塑性有关，它对裂纹的萌生和扩展都是有效的。在外部增韧的情况下，材料的固有断裂阻力不变，裂纹桥接等机制以减少（屏蔽）裂纹尖端实际经历的局部应力和应变起到增韧效果，外在机制（与内在机制不同）只对阻止裂纹扩展有效，因为它们必须有裂纹才能工作，所以对裂纹萌生没有影响。

在某些情况下，强度和韧性的冲突是可以克服的，一个看似出乎意料的例子是某些新型大块金属玻璃材料（BMG），在没有位错的情况下，它们通过剪切带的萌生和传播而变形，但这可能是极端脆性的来源，因此，在剪切带空化并形成裂纹之前局部阻止剪切带是使这些坚固材料变得坚韧的关键问题，可以通过制造BMG基体复合材料来实现，其中晶体第二相——枝晶——被隐含地添加到阻止剪切带中（图2a，b），含有42–67 vol.%枝晶的Zr–Ti–Nb–Cu–Be玻璃在1.1–1.5 GPa的拉伸屈服强度下显示出100–160 MPa m1/2的断裂韧性，这是迄今为止结构材料中强度和韧性的最佳组合之一。

另一种方法是设计合金成分以实现高体积模量和低剪切模量，前者导致在这些带内空化的困难。如上所述，外在增韧是脆性材料增韧的主要来源，在许多情况下也是唯一来源，例如，在碳化硅、氮化硅和氧化铝等单片陶瓷中，这些材料可以通过促进裂纹偏转和晶粒桥接而容易地进行外部增韧，如图3，当SiC发生穿晶断裂时，其断裂韧性约为2–3 MPa m1/2，而晶间断裂的断裂韧性可接近10 MPa m1/2，沿晶界存在脆性纳米级玻璃膜，促进了边界裂纹、晶粒桥接，从而提高了韧性。

一些材料同时依靠内在和外在的增韧，天然材料就是一个很好的例子。如图4，人类骨头同时具有内在和外在增韧机制，内在增韧，即塑性，源于数十至数百纳米尺度的原纤维滑动机制，其长度尺度与矿化的胶原原纤维有关。然而，骨骼韧性的主要来源是外在的，当生长中的裂纹遇到骨结构的矿化界面时，由裂纹桥接和裂纹偏转引起。

最近，合成的、但受生物启发的大块陶瓷材料已经制成珍珠层结构，使用氧化铝陶瓷粉末与水混合并使用冷冻铸造。层间粗糙度部分由添加掺杂剂（糖、盐或醇）控制。在冷压和用聚合物润滑剂相（聚甲基丙烯酸甲酯，PMMA）渗透后，“砖和砂浆”85% vol氧化铝陶瓷-PMMA混合材料以珍珠层的结构制成，这些仿生陶瓷的机械性能非常显著，其强度与纯氧化铝相当，但断裂韧性要大一个数量级（如图5）。这些例子表明，尽管强度和韧性这两种通常相互排斥的特性之间的冲突是广泛存在的，但有一些方法可以通过在不同长度尺度上作用的多种塑性和增韧机制在单一材料中实现强度和韧性的提高。