Zeeschelpen Krijgen Hun Kracht Van In Elkaar Grijpende 'Stenen'

{h1}

De bakstenen-en-mortelstructuur van shell inspireert betere nanomaterialen.

Schelpen zijn behoorlijk harde koekjes, en nu weten onderzoekers misschien waarom: de parelmoer die de binnenkant van de schaal omhult, is gerangschikt in een metselwerkstructuur die de schaal zowel taai als sterk maakt.

Abalone schelpen zijn gemaakt van twee lagen, een buitenste brosse laag en een taaie binnenste laag die is gemaakt van parelmoer of parelmoer. Als iets de buitenste laag doorboort, wordt de zeeslak binnen nog steeds beschermd door het paarlemoer.

Verrassend is dat dit natuurlijke pantser van parelmoer is ongeveer 95 procent krijt. En iedereen die te hard op een krijtbord heeft geschreven, weet dat krijt broos is en gemakkelijk kan versplinteren. De andere 5 procent van het materiaal bestaat uit meer dan 30 eiwitten, die fungeren als de kit die de kalksteentjes bij elkaar houdt.

"De schelpen namen enkele zeer bescheiden materialen, krijt en eiwitten, en maakten iets veel moeilijkers," zei Kalpana Katti, een materiaalingenieur aan de North Dakota State University die niet betrokken was bij de studie.

Materiële wetenschappers "willen de structuur van de zeeschelpen dupliceren", vertelde Katti WordsSideKick.com. De bevinding zou kunnen helpen om innovatieve materialen te inspireren voor gebruik in de ruimtevaart en transporttechnologieën.

Structureel gezonde shells

Kracht en taaiheid zijn eigenlijk twee heel verschillende dingen in de material science wereld. Kracht is hoeveel impact een materiaal kan hebben voordat het breekt, terwijl taaiheid het vermogen is van een materiaal om een ​​dergelijke impact te absorberen zonder een scheurvorming. Glas en silicium bijvoorbeeld zijn goed in het weerstaan ​​van buigen, maar wanneer ze een bepaald punt bereiken, versplinteren ze omdat ze geen energie meer kunnen absorberen. Staal is taai, dus het kan buigen zonder te schokken.

De meeste materialen hebben een wisselwerking tussen deze twee eigenschappen.

"Wat dit natuurlijke materiaal uniek maakt, is dat het bestaat uit relatief zwakke bestanddelen", vertelde onderzoekonderzoeker Horacio Espinosa van Northwestern University aan WordsSideKick.com. De manier waarop deze zwakke componenten zijn gestructureerd, echter, "resulteert in een materiaal dat het beter doet dan zijn individuele bestanddelen", zei Espinosa.

Het team van Espinosa ontdekte dat de parelmoervlekken een miniatuurstructuur vormen die op een bakstenen muur lijkt. De stenen zijn op alternerende wijze aangelegd (het verbindingspunt in één laag bevindt zich in de buurt van het midden van de stenen erboven en eronder), wat voorkomt dat scheuren zich voortplanten, waardoor het materiaal zijn taaiheid krijgt.

Toen ze dichterbij keken, ontdekten de onderzoekers ook dat deze patchworkachtige microstructuur ook kracht geeft, omdat de stenen op een heel bijzondere manier worden gevormd: ze zijn golvend.

Espinosa en zijn team merkten dat deze stenen "een inherente golving in hun oppervlakken" hebben en ze sluiten aan de uiteinden, zei Espinosa. "Als gevolg hiervan hebben ze de neiging om in elkaar te grijpen als ze ten opzichte van elkaar schuiven wanneer ze worden verstoord, waardoor schade wordt verspreid en energie wordt afgevoerd over grote gebieden."

Met andere woorden, deze golving maakt het de parelmoer mogelijk om buigen te weerstaan ​​zonder het brosse materiaal waaruit het is gemaakt te verbreken. Als er een kracht wordt uitgeoefend die anders de stenen zou doen vervormen en uit elkaar zou trekken, wat leidt tot een scheur, verspreidt de in elkaar grijpende golvende stenen de energie.

Combineer nieuwe materialen

De onderzoekers namen wat ze te weten kwamen over het fancy metselwerk van de parelmoer en bouwden een modelmateriaal met hetzelfde golvend steeneffect. Dit soort materiaalstructuren zou kunnen worden gebruikt in de nieuwe golf van "nanomaterialen" die veegtechnologie zijn, zoals koolstofnanobuisjes en grafeenversterkingen die worden gebruikt in structuren op nanoschaal.

"We willen materialen die heel sterk, heel sterk en erg stijf zijn", vertelde hoofdonderzoeker Pablo Zavattieri van Purdue University aan WordsSideKick.com. "Nu we meer veeleisende toepassingen vinden, hebben we materialen nodig die op verschillende manieren presteren."

Zulke materialen worden overwogen voor toepassingen in de ruimte, licht maar sterk vliegtuigbepantsering, gebruik in het vervoer of in de bouw van lichtgewicht bruggen, en zelfs als materiaal voor duurzame batterijen die zouden kunnen verdubbelen als structurele componenten - bijvoorbeeld het plastic dat omhulsels die uw laptop kan gebruiken als stroombron. Toch geeft Zavattieri toe dat dergelijke toepassingen ver in de toekomst liggen.

Katti zei dat er meer werk nodig is om de complexiteit van parelmoer volledig te begrijpen en te repliceren. "De organische in parelmoer is een cocktail van 30 eiwitten, en we weten niet de structuur van zelfs maar een," zei ze. "De mechanica van nacre is erg complex, een zeer complexe hiërarchische structuur."

De studie zal vandaag (1 februari) online worden gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications.

U kunt WordsSideKick.com Staff Writer Jennifer Welsh volgen op Twitter @microbelover.

Zeeschelpen Krijgen Hun Kracht Van In Elkaar Grijpende 'Stenen'


Video Supplement: .




Onderzoek


'Unlimited Potential' Gezien In Biomedische Technologie
'Unlimited Potential' Gezien In Biomedische Technologie

Waarom Motorfietsen Cruciaal Zijn Voor De Gezondheid In Landelijk Afrika (Op-Ed)
Waarom Motorfietsen Cruciaal Zijn Voor De Gezondheid In Landelijk Afrika (Op-Ed)

Science Nieuws


Arctische Zoetwaterpiek Veroorzaakt Door Rivieren, Niet-Ijs, Zegt Study
Arctische Zoetwaterpiek Veroorzaakt Door Rivieren, Niet-Ijs, Zegt Study

The Mysterious Sex Lives Of Hawaii'S Endangered Yellow-Faced Bees
The Mysterious Sex Lives Of Hawaii'S Endangered Yellow-Faced Bees

Dueling Skulls: Triceratops Controversy Continues
Dueling Skulls: Triceratops Controversy Continues

Waarom Darpa Soldaten Op Het Slagveld Wil 'Bevriezen'
Waarom Darpa Soldaten Op Het Slagveld Wil 'Bevriezen'

Een Gemeenschappelijke Voorouder Achter Blauwe Ogen
Een Gemeenschappelijke Voorouder Achter Blauwe Ogen


WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2024 WordsSideKick.com