_ Cercetătorii dezvoltă o structură Bouligand bioinspirată pentru proprietăți mecanice îmbunătățite

05:38 2024-05-07 science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu

_ Cercetătorii dezvoltă Bouligand bioinspirat structură pentru proprietăți mecanice îmbunătățite

Structurile Bouligand, găsite în materiale naturale cum ar fi solzii de pește, peritoneul de homar și oase, sunt cunoscute pentru că oferă proprietăți mecanice excepționale biomaterialelor. În timp ce s-au făcut progrese în crearea materialelor bioinspirate, majoritatea cercetărilor s-au concentrat pe punerea laolaltă a fibrelor. Acum este nevoie de o înțelegere mai profundă a modului în care fibrele interacționează pentru a îmbunătăți funcțiile mecanice.

O echipă de cercetare condusă de academicianul Yu Shuhong de la Universitatea de Știință și Tehnologie din China (USTC) a Academiei Chineze de Științe (CAS) a introdus o structură Bouligand bioinspirată, cu o interfață interfibroasă ierarhică și reconfigurabilă, care crește semnificativ rezistența mecanică și duritatea prin transferul dinamic al sarcinii și disiparea energiei, oferind o nouă strategie pentru crearea de materiale structurale avansate.

Hârtia. este publicat în revista Science Advances.

Echipa a folosit inițial nanofibre de celuloză bacteriană ca matrice model, dar s-a străduit să înțeleagă modul în care orientarea nanofibrelor a influențat comportamentul micromecanic. Pentru a rezolva această problemă, ei au efectuat simulări de dinamică moleculară la scară largă cu diferite unghiuri de orientare.

Rezultatele au arătat că optimizarea dimensiunii rețelei de legături de hidrogen prin structuri de reticulare a îmbunătățit capacitatea de transfer a sarcinii și rezistența la deteriorare.

În plus, echipa a observat că unghiurile de orientare excesive au slăbit eficiența transferului de sarcină și densitatea legăturilor de hidrogen între lanțuri, ducând la scăderea proprietăților mecanice. Acest lucru a evidențiat importanța ordinii moderate pentru interacțiunea interfacială optimă.

Ordinea moderată a integrat microstructura și legăturile de hidrogen, depășind ordinea structurală ridicată datorită compromisurilor dintre orientarea structurală, interblocarea fibrelor și dimensiunile rețelei de legături de hidrogen.

În plus, echipa a identificat o zonă mare de umbră în jurul fisurilor și a dezvăluit micro-mișcarea primitivelor din nanofibre. Lumina cu polarizare încrucișată a fost utilizată pentru a monitoriza această micro-mișcare în stratul de membrană, permițând prepararea materialelor structurale Bouligand bioinspirate cu cuplare la scară multiplă prin stivuire elicoială și densificare prin presare la cald.

Structura Bouligand bioinspirată a USTC, activată de ordinea moderată prezintă proprietăți mecanice remarcabile și stabilitate dimensională și poate avea aplicații în domenii biomedicale, cum ar fi repararea și înlocuirea țesutului fibrocartilaj.

(Fluierul)