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UCR探索皮皮虾中存在的新型纳米复合材料,性能可超过大部分工程材料
2020/8/20 4:46:51 | 浏览:80 | 评论:0

 

UCR探索皮皮虾中存在的新型纳米复合材料,性能可超过大部分工程材料


 

大自然可以利用有限的环境条件下可用的资源来构造轻质,坚固和坚韧的材料。例如,皮皮虾中可快速击打的dactyl club(类似“胳膊肘”)的撞击面就是这样一种复合材料;而且虾已经进化出了在其进食活动中进行定位破坏和避免高速碰撞造成灾难性损伤的能力。

有鉴于此,加州大学河滨分校David Kisailus探索了皮皮虾中存在的一种新型纳米复合材料,性能可超过大部分工程材料。

UCR探索皮皮虾中存在的新型纳米复合材料,性能可超过大部分工程材料

图1. 微观结构分析


要点1. 材料组成

研究人员发现,皮皮虾的“胳膊肘”中含有一层抗冲击涂层,由紧密堆积(约占体积的88%)~65 nm的双连续羟基磷灰石纳米颗粒集成在其有机基质中。

这些中晶羟基磷灰石纳米粒子是由小的,高度排列的纳米晶体组装而成。在高应变率(约104 s-1)的影响下,粒子旋转和平移,而纳米晶网络在低角度晶界破裂,形成位错并发生非晶化。


UCR探索皮皮虾中存在的新型纳米复合材料,性能可超过大部分工程材料

图2. 纳米设计构筑特点

要点2. 力学性能

互穿的有机网络提供了额外的增韧和大量的阻尼,损耗系数约为0.02。因此,实现了刚度和阻尼的不同寻常的组合,性能超过了许多工程材料。


通过将当前的合成和先进的制造方法与这些生物结构的设计元素相结合,可以实现具有广泛应用范围的新一代先进材料的潜在蓝图,包括用于建筑、防弹衣、飞机和汽车的抗冲击和振动涂层,以及用于耐磨和抗冲击的风力涡轮机


UCR探索皮皮虾中存在的新型纳米复合材料,性能可超过大部分工程材料

图3. 优异的力学性能

小结

总之,这项研究将皮皮虾的地位提升到了一个更高的层次,为仿生材料的研究带来了新的方向,完美的体现了科研人员的不断探索精神,也体现了大自然的神奇。


参考文献:

Huang, W., Shishehbor, M., Guarín-Zapata, N. et al. A natural impact-resistant bicontinuous composite nanoparticle coating. Nat. Mater.(2020)

DOI:10.1038/s41563-020-0768-7

https://doi.org/10.1038/s41563-020-0768-7

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