Inspirație continuă pentru dezvoltarea materialelor

mother of pearl, pearl, nacre, glass

Pământul conține o multitudine de materiale puternice, iar cele mai multe dintre acestea nu au fost încă descoperite de oameni. Perla, care este cunoscută și sub numele de nacru, este un material de o rezistență uimitoare, cu irizații caracteristice ca perle. Acest material inspiră noi dezvoltări de materiale în diverse industrii.

Credit imagine: Lost Mountain Studio / Shutterstock.com

Mai simplu spus, sideful este stratul interior strălucitor al scoicilor. Nacru se găsește în interiorul straturilor interioare ale cochiliilor de moluște și midii.

Nacru este substanța care îmbracă o perlă. Se găsește la mulți membri ai moluștelor care includ cefalopode, gasteropode și bivalve.

Nacrele pot ajunge la zeci de centimetri în lungime în funcție de specie.

Formarea lor este inițiată într-o manieră necoordonată, celulele depunând materialul simultan în diferite locații.

Perla este produsă atunci când perla înconjoară și se întărește în jurul unui obiect.

Acest proces durează mulți ani și oamenii de știință au subliniat că, cu cât este permis să dureze mai mult, cu atât perla devine mai mare. Acest lucru se datorează faptului că cu timpul se adaugă mai multe straturi de sidef.

Caracteristici caracteristice ale Nacrei

Allen Ehrlicher, profesor asociat la Departamentul de Bioinginerie de la Universitatea McGill, a descris sidefa ca pe o substanță cu rigiditatea unui material rigid și durabilitatea unui material moale.

Nacru este carbonat de calciu cristalizat (aragonit) care „puflă” în jurul unei substanțe străine din coaja unei stridii (moluște bivalve) pentru a-și proteja corpul.

Este o structură extrem de dură datorită compoziției sale și aranjamentului molecular unic.

sidef, sidef, nacru, sticla

Credit imagine: Elena 11 / Shutterstock.com

Este format din plăci hexagonale sau pătrate de aragonit de aproximativ 0,3 μm grosime dispuse în foi, asemănătoare unui zid de cărămidă, cu o matrice proteică tenuă.

Prin urmare, tabletele de aragonit sunt cimentate împreună printr-un strat subțire format dintr-un amestec organic.

Aceste carcase pot rezista la impacturi puternice fără a se rupe. În mod interesant, cojile care conțin aproximativ 95 la sută cretă în forma lor pură sunt foarte fragile.

Cum a inspirat Nacre dezvoltarea altor materiale?

Duritatea unui material este definită pe baza capacității sale de a rezista la rupere.

Duritatea nacrei se datorează structurii sale complexe, ierarhice, în care fisurile trebuie să urmeze o cale întortocheată pentru a se propaga. Această structură a inspirat mulți cercetători.

Citiți mai multe despre modul în care natura inspiră dezvoltarea materială

Oamenii de știință de la Universitatea din Michigan și de la Universitatea Macquarie din Australia au zdrobit o specie minusculă de scoici mediteraneene, cunoscută sub numele de midii evantai, și au studiat-o la microscop electronic.

Ei au descoperit că, sub compresie, stratul organic de legare al nacrei se dispersează în zone cu presiune mai scăzută.

Interesant, ei au observat că structurile separate asemănătoare cărămizii de aragonit se rigidizează, rezistând la formarea fisurilor și oferind materialului rezistența la tracțiune. Odată ce este decomprimată, structura își restabilește rezistența mecanică pe măsură ce materialul organic se umple din nou.

Acest fenomen, adică nanoingineria proprie a naturii, a inspirat enorm cercetătorii. Recent, ei s-au concentrat pe dezvoltarea de materiale care sunt mai ușoare și mai puternice prin biomimizarea metodelor moluștei.

Dezvoltarea sticlei care nu se sparge, inspirată de sidef

Cercetătorii de la Universitatea McGill din Montreal, Canada, au dezvoltat un nou tip de sticlă inspirat de sidef.

Ei au susținut că această sticlă este de cinci ori mai rezistentă la rupere și de trei ori mai rezistentă decât sticla normală. Datorită elasticității materialului, acesta nu cedează cu ușurință la impact.

Acest nou material de sticlă a fost dezvoltat utilizând sticlă și acril care, atunci când sunt combinate, conferă câteva proprietăți importante, cum ar fi rezistența, duritatea și transparența.

Pentru a face compozitul transparent optic, cercetătorii au modificat indicele de refracție al materialului acrilic.

Ecranul telefonului spart, sidef, sidef, nacru, sticla

Credit imagine: Miew s / Shutterstock.com

Indicele de refracție determină modul în care viteza luminii se schimbă pe măsură ce se deplasează între diferite medii.

În plus, pentru a obține modele hexagonale pe foi de sticlă borosilicată, adică pentru a imita designul sidefului, oamenii de știință au folosit un fascicul laser ultraviolet pulsat către sticlă.

Această sticlă ar putea fi fabricată în cantități mari și ieftin.

Cercetătorii cred că noua sticlă rezistentă la rupere ar putea fi benefică pentru smartphone-uri, deoarece le va proteja împotriva spargerii la scăpare.

Dezvoltarea unui nou material pentru armura corporală inspirat de Nacre

Cercetătorii de la Universitatea din Buffalo au dezvoltat armuri pentru a se inspira din sidef.

Ei au imitat stratul exterior al perlelor și au creat un plastic ușor, care este de paisprezece ori mai rezistent decât oțelul. În plus, și cel mai important, acest material poate absorbi impactul gloanțelor și al altor proiectile.

Oamenii de știință au caracterizat materialul nou dezvoltat ca fiind rigid, puternic și dur.

Prin urmare, acest material ar putea fi aplicat eficient pentru a dezvolta căști, veste și armuri de protecție pentru nave, elicoptere și alte vehicule.

Acest material cuprinde o versiune modificată a polietilenei numită polietilenă cu greutate moleculară ultraînaltă (UHMWPE) și este utilizat în mod obișnuit pentru a face produse precum șolduri artificiale și pleturi de chitară.

Materialul nou dezvoltat pe bază de UHMWPE are multe asemănări structurale cu nacru.

De exemplu, acest material are o carcasă exterioară extrem de rezistentă și un strat interior mai flexibil.

Datorită acestei proprietăți, este capabil să deformeze și să absoarbă proiectilele.

În plus, posedă și o conductivitate termică ridicată; prin urmare, poate disipa rapid căldura. Această caracteristică ajută, de asemenea, la absorbția energiei gloanțelor și a altor proiectile.

În mod interesant, cercetătorii au observat că adăugarea de nanoparticule de silice la materialul pe bază de UHMWPE crește proprietățile materialului și poate produce o armură mai puternică.

Cercetătorii au sugerat că acest material poate duce la dezvoltarea unei noi generații de armuri ușoare care ar oferi protecție și mobilitate soldaților.

Concluzie

Mother of Pearl, sau nacru, este un exemplu al modului în care știința poate extrage din natură pentru a inspira dezvoltarea materialului în diferite sectoare industriale. Noul desen din sticlă din structura nacrei are capacitatea de a prelungi durata de viață a dispozitivelor noastre de zi cu zi.

Referințe și lecturi suplimentare

Beliaev, M. și colab. (2021) Dinamica defectelor topologice și sincronizarea structurală într-un țesut periodic în formare. Fizica naturii. 17, pp. 410–415. DOI: 10.1038 / s41567-020-01069-z

NewsBeezer. (2021). Oamenii de știință dezvoltă sticlă care nu se sparge inspirată de scoici. [Online] Disponibil la: https://newsbeezer.com/scientists-develop-unbreakable-glass-inspired-by-seashells/

Nealon, C. (2019) Bulletproof is beautiful: perlele inspiră material nou pentru armura corporală. Asociația Universității Americane. [Online] Disponibil la: https://www.aau.edu/research-scholarship/featured-research-topics/bulletproof-beautiful-pearls-inspire-new-material

Currey, DJ (1977) Proprietăți mecanice ale sidefului în tensiune. https://doi.org/10.1098/rspb.1977.0050

Disclaimer: Opiniile exprimate aici sunt cele ale autorului exprimate în calitatea lor privată și nu reprezintă neapărat punctele de vedere ale AZoM.com Limited T / A AZoNetwork, proprietarul și operatorul acestui site web. Această declinare a răspunderii face parte din Termenii și condițiile de utilizare a acestui site web.

.

Leave a Comment

Adresa ta de email nu va fi publicată.