Biomimetic Twisted Flywood Structural Materials

На протяжении многих миллионов лет эволюции природа породила бесчисленные биологические материалы, которые служат либо скелетами организмов, либо как оскорбительным или защитным оружием. Хотя эти природные конструкционные материалы получены из сравнительно стерильных природных компонентов, таких как пластичные биополимеры и хрупкие минералы, они часто демонстрируют удивительные механические свойства из-за их чрезвычайно упорядоченных иерархических структур и развитого межфазного дизайна. Таким образом, они всегда являются ключевым объектом для ученых, которые исследуют и имитируют стремление производить передовые искусственные конструкционные материалы.

Используя микроструктурное наблюдение, исследователи могут обнаружить, что ряд биологических материалов, включая рыбный массив, крабовый коготь и кость, имеют характерную скрученную фанерную структуру, которая содержит чрезвычайно упорядоченное расположение микро / наноразмерных волоконных ламелей. Они представляют собой структурно продвинутые композиты из армированного волокном натурального волокна и неоднократно демонстрируют превосходную устойчивость к повреждениям, которая сразу же необходима, но трудно достижимая для технических конструкционных материалов.

Таким образом, полностью имитируя такую ​​естественную иерархическую структуру и межфазное проектирование, используя искусственные синтетические и обильные одномерные микро / наноразмерные волокна в качестве строительных блоков, вероятно, создадут высокоэффективные искусственные конструкционные материалы нового типа, которые ожидаются превзойти нынешние инженерные конструкционные материалы. Однако из-за отсутствия технологии микро / наномасштабной сборки, в частности отсутствия средств для эффективного включения 1D микро- / наномасштабных структурных единиц в макроскопическую объемную форму, имитация армированных волокнами композитов из натурального волокна всегда была огромной проблемой, и почти не было до сих пор.

В ответ на эту проблему, в последнее время, вдохновленную микро / наноразмерной структурой скрученной фанеры из натурального массива Arapaima Giga (ad), впервые группа биомиметиков, возглавляемая профессором Шу-Хун Ю из университета науки и техники Китая (USTC) предложили высокоэффективную снизу-сборку «щеткой и ламинированием» (ef) с биосовместимыми микро / нановолоконками в качестве структурных единиц, успешно сфабрикованных трехмерных объемных биомиметических извилистых фанерных конструкционных материалов (г ).

Благодаря иерархическому регулированию выравнивания волокон в биополимерной матрице механические свойства следующих материалов могут быть точно модулированы. Было обнаружено, что приобретенные искусственные материалы сильно реплицируют многомасштабную структуру и ужесточают механизмы их естественных аналогов, реализуя выдающиеся механические свойства, намного превосходящие фундаментальные структурные компоненты, и могут быть сопоставимы с природными костями и рядом других природных и искусственных материалов. Более того, прогнозируемая стратегия сборки является экологически чистой, запрограммированной и масштабируемой, и ее можно без особых усилий распространять на другие материальные системы. Таким образом, он предлагает новое технологическое пространство для разработки более совершенных материалов, армированных биомиметическим волокном (в частности, защитных материалов брони).

Источник: http://www.scichina.com/

Source link