摘要：手性细长丝在人工和生物材料中普遍存在.由于具有手性微结构,手性丝通常表现出优异的弹性和拉伸-扭转耦合变形等性能.然而,手性微结构如何影响细长丝的弹性行为尚不清楚.本文提出了一种考虑手性微结构和手性失配的精细弹性细杆模型.基于此模型,研究了单股螺旋和双股螺旋等手性丝组装结构在拉伸过程中的力-位移关系和结构手性变化.结果表明,手性失配会导致明显的弯曲-扭转耦合变形,使杆在拉伸时柔性更大.手性长丝在拉伸时还表现出类似DNA的反常扭转行为,可用结构手性的非线性变化来解释.该研究表明手性失配可用于调控手性丝的性能,有助于柔性执行器和软机器等柔性器件的设计.

摘要：高度有序的多层级手性结构赋予肌腱、韧带和植物卷须等生物丝束优异的力学性能.然而,多层级手性结构如何影响丝束的力学性能尚不清楚.本文建立了具有自相似多层级手性结构的生物丝束的理论模型.基于此模型,研究了丝束载荷传递机制、材料手性和手性组装形式及结构层级数对生物丝束的模量、刚度等力学性能的影响.结果表明,丝束的力学性能显著依赖于纤维的材料手性和多层级手性结构.材料手性可以使纤维更加柔软,多层级手性结构使丝束能够承受大的拉伸变形.此工作不仅加深了对生物丝束结构-性能关系的理解,还有助于人造肌肉和柔性致动器、传感器等的设计.