几十年来，块状金属玻璃（BMGs）在结构工程中的应用一直受到限制，原因是其强度高但本身脆性大，可能会因局部剪切产生的应变软化而导致灾难性的破坏。利用建筑设计改变局部变形是解决这一难题的关键。在这项研究中，通过微激光粉末床融合（μLPBF）技术，使用锆基非晶粉末成功制造出四种仿生三周期极小曲面（TPMS）非晶合金结构。研究发现，两种TPMS结构的能量吸收能力超过30 kJ/kg，比强度达到0.08 MPa-kg-¹-m³。通过研究断口形貌和使用数字体积相关（DVC）分析，提出了TPMS非晶结构在宏观和微观层面上的混合增韧机制。

为了深入揭示非晶合金在断裂失效过程中内部变形机制的演化，本研究创新性地采用原位压缩X-CT技术（使用设备为微旷科技XPloreVista 2000显微原位CT），对结构在不同失效阶段的内部相互作用机制进行表征与分析。CT扫描是在150 kV的电压和110 μA的电流下，在不同的压缩应变下进行的。扫描的体素尺寸为3.213 μm，能够捕捉到详细的微观结构特征。在每个失效阶段进行扫描时，都会暂停加载并让其静止1小时，以便进行CT成像。每个TPMS非晶合金结构共分析了5-6个阶段。

图1. 不同变形阶段下基于CT重建TPMS结构的应力分布有限元模拟。(a) 1-IWP和1-D非晶结构的应力-应变曲线。1-D非晶结构：(b-c)和1-IWP非晶结构：(f-g) 原始状态下的应力分布。1-D非晶结构：(d-e)和1-IWP非晶结构：(h-i)断裂状态下的应力分布。

与非原位测量相比，原位力-位移曲线显示出相似的应力变化趋势。在1-D结构中，截面显示出一条沿对角线方向的裂纹带。然而，三维应变图（图2b i）表明，该对角线裂纹虽然破坏了结构的大部分区域，但并未贯穿整个体积，而是在靠近底部的位置停止。在后续压缩过程中（图2b ii），裂纹未沿原路径扩展，而是沿另一对角线方向萌生了新的裂纹带。这种裂纹的多方向扩展干扰了主裂纹的贯通性，阻止了灾难性失效的发生，同时对后续应力水平产生了重要影响。

本研究采用μLPBF方法制作了具有四种仿生三周期极小曲面（TPMS）非晶合金结构。三维打印的非晶合金精度高、制造质量好，具有出色的能量吸收能力和高抗压强度。TPMS非晶合金结构优异的能量吸收能力归功于对断裂模式的控制，从而避免了灾难性破坏，并实现了与延展性金属材料相当的宏观塑性。

通过使用原位X射线CT技术进行DVC分析，清楚地研究了包括首次断裂和断裂扩展路径的失效过程。研究发现，首次断裂对非晶结构的损伤耐受性至关重要，所有层的结构都经历严重的断裂，表现出低抗应力性。IWP型TPMS非晶结构在变形过程中显示出更均匀的应力分布和逐层塌陷。虽然d型TPMS结构显示出相当高的SEA，但其高能量吸收更多归因于其广泛的损伤带。

结合对断口形态的研究，我们发现TPMS非晶结构的延展机制是一种涉及宏观和微观两个层面的混合模式。局部断裂会形成损伤带，从而在断裂碎片周围产生复杂的应力场。在这些复杂的应力场中，非晶结构表现出微观塑性，促进了多剪切带的出现，从而在TPMS非晶结构的失效过程中构成了一种协同的多尺度延展机制（从纳米到微米再到毫米）。此项研究为克服强度-塑性权衡提供了一种新方法，为开发具有出色能量吸收能力的高强度结构非晶合金开辟了新路径，在能量吸收相关领域展现出广阔的应用前景。