自然界“矛与盾”式的捕食者与被捕食者之间的生存竞争是提升生物结构材料力学性能的驱动力。“适者生存”的自然法则使得生物结构材料，如螳螂虾外骨骼和贝壳珍珠层等，兼具轻质、高强度、高韧性和高抗冲击性。生物材料优异力学性能与跨尺度、多层级的结构形式和界面特征密切相关。不同结构和界面特征会导致丰富的增韧策略，如裂纹偏转、裂纹桥联及界面脱层等。但是，先前研究多关注于单一增韧策略，而生物结构材料中往往同时存在多种增韧策略，这种混合增韧策略与结构形式、界面特征间的关联机制仍不清楚。因此，我们发展表征仿生异质结构材料的多尺度力学模型，分析多种增韧策略间的竞争与协同关系，为仿生材料的强度、韧性和抗冲击性的优化设计提供结构几何和界面性质等方面的参数化新方案。

  主要工作包括：发展表征石墨烯基仿珍珠层材料力学性能的多尺度力学模型，分析层间界面性质与层内石墨烯性质之间的竞争关系，给出通过调控界面官能团交联密度实现强度和韧性同步最大化的力学设计方案；研究低速冲击下仿珍珠层结构中裂纹扩展与界面脱层模式间的竞争与协同关系，给出通过调控界面强度实现不同冲击速度下仿珍珠层结构最优抗冲击性的力学设计方案；提出实现仿珍珠层结构最优抗冲击性的仿生预应力策略，揭示临界预应力起源于预应力增强的砖块滑移与预应力削弱的结构完整性之间的竞争关系，并应用仿生预应力方案实现抗冲击仿珍珠层锂电池隔膜的制备；受螳螂虾和贝壳间的生存战启发，设计对裂尖取向不敏感的高韧性非连续纤维Bouligand结构，揭示裂纹扭转和纤维桥联间的竞争与协同关系。