Для достижения эффективного баланса между облегчением структурных материалов и высокими механическими характеристиками в данной работе систематически изучены структуры и механические свойства шелковых коконов, а также на их основе проведено биомиметическое проектирование и изготовление легких высокопрочных конструкционных материалов. Многоуровневое морфологическое исследование и механические испытания выявили структурные причины легких и высокопрочных свойств коконов. На основе анализа градиентных изменений параметров структуры и механических свойств вдоль толщины был определён механизм совместного регулирования пористости и прочности сцепления волокон на механический отклик слоя кокона, а также существенный вклад межслойного сцепления в общие механические характеристики. Далее была применена технология "сварки" растворителем для эффективного склеивания волокон. Оптимизация топологии, увеличение числа сварочных операций и многоуровневая композитная стратегия позволили относительно независимо регулировать пористость, прочность сцепления волокон и межслойное склеивание, значительно улучшая механические характеристики структуры, похожей на кокон. Полученный многослойный композитный материал сохранил низкую массу при высокой удельной прочности и модуле, достигая соответственно 117,4 МПа·г^-1·см³ и 1,55 ГПа·г^-1·см³, превосходя механические свойства естественных коконов. Исследование предлагает интегрированную структуру "выявление механизма — биомиметический дизайн — оптимизация характеристик" и предоставляет теоретическую основу и технический путь для биомиметического проектирования и изготовления легких высокопрочных конструкционных материалов.

кокон шелкопряда; иерархическая структура; структура-свойства; биомиметический дизайн; механическое упрочнение