Автор AZoNano 18 августа 2020 г.

Материаловеды из Калифорнийского университета в Ирвине (UCI) получили представление об устойчивости креветок-богомолов.

Эти древние ракообразные оснащены двумя похожими на молот хищными придатками, известными как дактильные дубинки. Они используют эти дубинки, чтобы избивать и сокрушать свою добычу. Такие кулаки обладают способностью быстро выходить из тела на скорости более 50 миль в час, нанося сильные удары. Тем не менее, они остаются целыми после удара.

Ученые UCI обнаружили, что клюшки содержат покрытие из наночастиц, которое поглощает и рассеивает энергию. Результаты были недавно опубликованы в журнале Nature Materials и могут найти широкое применение для инженерных материалов в спортивном, аэрокосмическом и автомобильном секторах.

Подумайте о том, чтобы пробить стену пару тысяч раз на такой скорости и не сломать кулак . Это впечатляет, и это заставило нас задуматься о том, как это могло быть .

Дэвид Кисайлус, профессор материаловедения и инженерии, Калифорнийский университет, Ирвин

Кисайлус изучает креветок-богомолов более 10 лет.

Вместе с докторантом Вей Хуангом Кисайлус применил трансмиссионную электронную и атомно-силовую микроскопию для исследования компонентов материала и наноразмерной архитектуры поверхностного слоя дубинок.

Они обнаружили, что наночастицы представляют собой биконтинуальные сферы, образованные из переплетенных между собой неорганических (фосфат кальция) и органических (полисахарид и белок) нанокристаллов.

Трехмерные неорганические нанокристаллы являются мезокристаллическими по своей природе, обычно сложены вместе, подобно деталям Lego, где есть небольшие различия в ориентации, где они сочетаются друг с другом. Кристаллические границы раздела жизненно важны для долговечности поверхностного слоя, поскольку они имеют тенденцию к разрушению и разрушению в результате высокоскоростного удара, что снижает глубину проникновения вдвое.

ПЭМ высокого разрешения действительно помог нам понять эти частицы, как они устроены и как они реагируют на различные типы стресса . При относительно низких скоростях деформации частицы деформируются почти как зефир и восстанавливаются после снятия напряжения .

Дэвид Кисайлус, профессор материаловедения и инженерии, Калифорнийский университет, Ирвин

Кисайлус заметил, что поведение структур при высоких напряжениях сильно отличается. « Частицы затвердевают и разрушаются на границах нанокристаллов », – добавил Кисайлус. « Когда вы что-то ломаете, вы открываете новые поверхности, которые рассеивают значительное количество энергии ».

Исследовательская группа, включая ученых из Университета Пердью, Oxford Instruments и Bruker Corp., количественно оценила и описала великолепные демпфирующие свойства покрытия.

Жесткие неорганические и мягкие органические материалы во взаимопроникающей сети придают покрытию впечатляющие демпфирующие свойства без снижения жесткости. Это редкое сочетание, которое превосходит большинство металлов и технической керамики .

Дэвид Кисайлус, профессор материаловедения и инженерии, Калифорнийский университет, Ирвин

Кисайлус далее заявил, что он прилагал усилия, чтобы воплотить результаты этого исследования в новые приложения в различных областях: « Мы можем представить себе способы создания подобных частиц для добавления улучшенных защитных поверхностей для использования в автомобилях, самолетах, футбольные шлемы и бронежилеты »

Это исследование было проведено при финансовой поддержке Управления научных исследований ВВС США.

Справка журнала

Huang, W., и др. . (2020) Натуральное ударопрочное двухсплошное композитное покрытие из наночастиц. Nature Materials . doi.org/10.1038/s41563-020-0768-7.

Источник: https://uci.edu/[19459008visible