Afin de réaliser un équilibre efficace entre l’allégement des matériaux structurels et leurs hautes performances mécaniques, ce travail étudie systématiquement la relation structure-propriétés mécaniques des cocons de vers à soie à structure hiérarchique, et réalise sur cette base la conception et la fabrication biomimétiques de matériaux structuraux légers et haute résistance. Grâce à la caractérisation morphologique multi-échelle et aux tests mécaniques, les origines structurelles des propriétés légères et haute résistance des cocons ont été révélées. En analysant la variation en gradient des paramètres de structure et des performances mécaniques dans la direction de l’épaisseur, nous avons clarifié le mécanisme synergique de régulation entre la porosité et la résistance de liaison des fibres sur la réponse mécanique des couches, ainsi que la contribution remarquable de l’interface d’adhésion inter-couches aux performances mécaniques globales. Ensuite, une technique de « soudure » par solvant a été introduite pour réaliser une liaison efficace entre les fibres. En optimisant la structure topologique, en augmentant le nombre de soudures et en adoptant une stratégie de stratification multicouche, la porosité, la résistance d’adhésion des fibres et la résistance d’adhésion inter-couches ont été régulées relativement de manière indépendante, améliorant significativement les performances mécaniques du tissu à structure similaire à un cocon. Le tissu composite multicouche préparé a conservé sa légèreté, avec une résistance et un module spécifiques atteignant respectivement 117,4 MPa·g^-1·cm³ et 1,55 GPa·g^-1·cm³, surpassant les performances mécaniques des cocons naturels. Cette étude propose un cadre de recherche intégré « révélation du mécanisme - conception biomimétique - optimisation des performances », fournissant une base théorique et une voie technique pour la conception et la fabrication biomimétiques de matériaux structuraux légers et haute résistance.

cocon de vers à soie; structure hiérarchique; relation structure-propriété; conception biomimétique; renforcement mécanique