Università della California, I ricercatori di scienza dei materiali di Irvine stanno imparando la resilienza del gambero di mantide. Gli antichi crostacei sono armati di due appendici raptoriali a forma di martello chiamate mazze dattilo che usano per colpire e schiacciare la loro preda. questi pugni, in grado di accelerare dal corpo a oltre 50 mph, sferrare colpi potenti ma apparire integri in seguito.

I ricercatori dell'UCI hanno scoperto che i club hanno un rivestimento di nanoparticelle dal design unico che assorbe e dissipa l'energia. Le scoperte, pubblicato oggi in Materiali della natura , hanno implicazioni significative per i materiali ingegnerizzati nel settore automobilistico, industrie aerospaziali e sportive.

"Pensa a prendere a pugni un muro un paio di migliaia di volte a quelle velocità e a non romperti il ​​pugno, " disse David Kisailus, Professore UCI di scienza e ingegneria dei materiali, che ha studiato il gambero di mantide per più di un decennio. "È piuttosto impressionante, e ci ha fatto pensare a come potrebbe essere".

Lui e lo studioso postdottorato Wei Huang hanno usato la microscopia elettronica a trasmissione e a forza atomica per esaminare l'architettura su scala nanometrica e i componenti materiali dello strato superficiale dei club. Hanno determinato che le nanoparticelle sono sfere bicontinue, composto da nanocristalli organici (proteine ​​e polisaccaridi) e inorganici (fosfato di calcio) intrecciati.

I nanocristalli inorganici 3-D sono mesocristallini, essenzialmente accatastati insieme come pezzi di Lego, con piccole differenze di orientamento dove si uniscono. Le interfacce cristalline sono cruciali per la resilienza dello strato superficiale, perché si fratturano e si rompono durante l'impatto ad alta velocità, dimezzando la profondità di penetrazione.

"Il TEM ad alta risoluzione ci ha davvero aiutato a capire queste particelle, come sono progettati e come reagiscono sotto diversi tipi di stress, " ha detto Kisailus. "A velocità di deformazione relativamente basse, le particelle si deformano quasi come un marshmallow e si riprendono quando lo stress viene alleviato."

Ha notato che il comportamento delle strutture sotto un impatto ad alta deformazione è molto diverso. "Le particelle si irrigidiscono e si fratturano alle interfacce nanocristalline, " disse Kisailus. "Quando rompi qualcosa, stai aprendo nuove superfici che dissipano quantità significative di energia."

Il gruppo, che includeva ricercatori della Purdue University, Oxford Instruments e Bruker Corp., è stato anche in grado di misurare e caratterizzare le impressionanti capacità di smorzamento del rivestimento.

"I materiali inorganici rigidi e organici morbidi in una rete compenetrante conferiscono proprietà di smorzamento impressionanti al rivestimento senza compromettere la rigidità. È una combinazione rara che supera la maggior parte dei metalli e delle ceramiche tecniche, " disse Kisailus.

Ha aggiunto che ora si sta concentrando sulla traduzione di questi risultati in nuove applicazioni in una varietà di campi:"Possiamo immaginare modi per progettare particelle simili per aggiungere superfici protettive migliorate per l'uso nelle automobili, aereo, caschi da football e giubbotti antiproiettile."