Biomimeetilised mikro- / nanoosakeste kiududega tugevdatud komposiidid

Anonim

Üle sadade miljonite aastate arengu, loodus on toonud hulgaliselt bioloogilisi materjale, mis on kas skeletid või kaitsev või solvava relvana. Kuigi need looduslikud konstruktsioonimaterjalid pärinevad suhteliselt steriilsetest looduslikest komponentidest, nagu habrasad mineraalid ja plastsed biopolümeerid, on neil sageli erakordselt mehaanilised omadused, kuna need on väga järjestatud hierarhilistes struktuurides ja keerukas vaheruumide disainis. Seepärast on nad teadlaste jaoks alati uurimisvaldkonnas, mille eesmärk on luua arenenud tehisstruktuurimaterjale.

Mikrostruktuuride vaatluse kaudu on teadlased otsustanud, et paljudel bioloogilistel materjalidel, sealhulgas kalaskaaludel, krabilõugudel ja luudel on kõigil omadus "keerutatud vineeri" struktuur, mis koosneb mikro / nanoskaala kiu lamellide ülitäpsusest. Need on struktuurselt keerukad looduslikud kiududega tugevdatud komposiidid ja neil on sageli suurepärane kahjustuste taluvus, mis on soovitav ehitusmaterjalide projekteerimiseks, kuid neid on raske saada. Seepärast püüavad teadlased sellist looduslikku hierarhilist struktuuri ja ruumilist disaini jäljendada, kasutades selleks ehitusplokkideks kunstlikke sünteetilisi ja rikkalikke ühemõõtmelisi mikro / nanoskeemilisi kiude. Sel viisil loodavad nad toota kõrgekvaliteedilisi kunstlikke konstruktsioonimaterjale, mis on parem kui olemasolevad materjalid. Kuid mikro- / nanoskaalaehitustehnoloogia puudumise tõttu, eriti vahendite puudumisel, et tõhusalt integreerida ühemõõtmelisi mikro / nanoskaala struktuuriüksusi makroskoopilisse lahtisesse vormi, on looduslike kiududega tugevdatud komposiitide jäljendamine alati olnud suur väljakutse.

Hiljuti loodi Arapaima giga skaala armor (ad) mikro / nanoskaala keerutatud vineeristruktuuriga (ad), Hiina teaduse ja tehnoloogia ülikooli professor Shu-Hong Yu juhitud biomimeetiline uurimisrühm tegi ettepaneku kõrge efektiivsusega, alt-üles "harjamise ja lamineerimise" komplekteerimisstrateegia (ef) bioloogiliselt sobivate mikro- / nano-kiudude struktuuriüksustega ning edukalt valmistatud kolmemõõtmelised biomimeetilised keerised vineerist struktuursed materjalid (g). Biopolümeermaatriksi kiudude ühtlustamise hierarhiliselt kontrollides saab täpselt moduleerida saadud materjalide mehaanilisi omadusi. Nad leidsid, et saadud kunstlikud materjalid kordavad tihedalt nende looduslike kolleegide mitmetasandilisi struktuurilisi ja karedustamismehhanisme, saavutades suurepärased mehaanilised omadused, mis ületavad olulisi konstruktsioonielemente; need on võrreldavad loodusliku luu ja paljude teiste looduslike ja tehislike materjalidega. Veelgi olulisem on see, et komplekteerimisstrateegia on keskkonnasõbralik, programmeeritud ja skaleeritav ning seda saab kergesti laiendada ka muudele materjalisüsteemidele. Seepärast pakub see uue tehnoloogilise ruumi täpsemate biomimeetiliste kiududega tugevdatud konstruktsioonimaterjalide (eriti kaitsekindlate materjalide) projekteerimiseks.

menu
menu