Um ein effektives Gleichgewicht zwischen der Gewichtsreduzierung von Strukturmaterialien und hoher mechanischer Leistung zu erreichen, wurde in dieser Arbeit systematisch die Struktur-Leistungs-Beziehung der hierarchischen Struktur von Seidenkokons untersucht und darauf basierend ein biomimetisches Design und die Herstellung von leichten, hochfesten Strukturmaterialien durchgeführt. Durch multiskalige Morphologiecharakterisierung und mechanische Tests wurden die strukturellen Ursprünge der leichten und hochfesten Eigenschaften von Seidenkokons aufgedeckt. Basierend auf der Analyse der gradientenmäßigen Veränderungen der Strukturparameter und mechanischen Eigenschaften in Dickenrichtung wurde der synergistische Regulationsmechanismus der Porosität und der Faserbindungskraft für die mechanische Reaktion der Kokonschicht sowie der herausragende Beitrag der Grenzfläche der Schichtbindung zur Gesamtmechanik klar definiert. Anschließend wurde eine Lösungsmittel-"Schweiß"technik eingeführt, um eine effektive Bindung zwischen den Fasern zu erreichen. Durch Optimierung der Topologie, Erhöhung der Schweißvorgänge und einer mehrlagigen Verbundstrategie konnten Porosität, Faserbindungskraft und Schichtbindungskraft relativ unabhängig reguliert werden, wodurch die mechanischen Eigenschaften des kokonschichtenähnlichen Gewebes erheblich verbessert wurden. Das hergestellte mehrlagige Verbundgewebe behielt bei leichter Bauweise spezifische Festigkeit und Modul von 117,4 MPa·g^-1·cm³ bzw. 1,55 GPa·g^-1·cm³ und übertraf damit die mechanischen Eigenschaften natürlicher Kokons. Diese Studie bietet einen integrierten Forschungsrahmen „Mechanismusaufklärung - biomimetisches Design - Leistungsoptimierung“ und liefert eine theoretische Grundlage und technische Wege für das biomimetische Design und die Herstellung von leichten, hochfesten Strukturmaterialien.

Seidenkokon; hierarchische Struktur; Struktur-Leistungs-Beziehung; biomimetisches Design; mechanische Verstärkung