I materiali di ispirazione biologica (BIM) sono materiali sintetici la cui struttura e proprietà sono simili ai materiali naturali o alla materia vivente. Questi materiali hanno il potenziale per far avanzare i materiali strutturali, i tessili e i dispositivi di protezione grazie alla loro durabilità e alle proprietà autoriparanti.
La dottoressa Vanessa Restrepo, assistente professore presso il Dipartimento di ingegneria meccanica J. Mike Walker '66, e il suo team presso il laboratorio Bio-Inspired Materials (BIM) mirano a creare materiali bio-ispirati con comportamenti migliorati concentrandosi sulla natura delle proteine per sviluppare compositi di legame sacrificale (legami che si rompono prima che il collegamento strutturale principale venga rotto) utilizzando materiali adesivi non lineari.
Questo articolo è stato pubblicato in Materiali e design .
Questa ricerca potrebbe avere un impatto significativo sulle infrastrutture elettriche cablate in condizioni meteorologiche avverse. Utilizzando questi materiali, i cavi potrebbero allungarsi ed estendersi per sopportare il peso aggiuntivo dell’accumulo di ghiaccio o della caduta improvvisa di alberi causata da forti venti. Questa flessibilità potrebbe prevenire la rottura del cavo, il che significa meno interruzioni nel servizio elettrico.
"Il nostro impegno rimane dedicato al progresso dei materiali bioispirati e alle loro applicazioni in vari settori", ha affermato Restrepo. "Siamo entusiasti del potenziale impatto e del contributo di questi materiali allo sviluppo di prodotti più resilienti e sostenibili."
Secondo Restrepo, gli adesivi non lineari si riferiscono a un comportamento di spostamento della forza che si discosta da un percorso bilineare, a differenza degli adesivi convenzionali. A differenza degli adesivi tradizionali, la relazione forza-spostamento degli adesivi non lineari non segue uno schema diretto a due fasi. Presenta invece un comportamento più complesso e variabile quando vengono applicate forze esterne.
Per avvicinarsi a questa ricerca, Restrepo sta utilizzando una strategia su scala trasversale, integrando materiali adesivi non lineari e magneti opposti per formare compositi di legame sacrificale simili a quelli presenti nelle proteine come l'interfaccia della madreperla, che è un mattone e una struttura multistrato. malta materiale naturale 3000 volte più resistente alla frattura rispetto ai suoi costituenti.
Il loro approccio prevede l’utilizzo di compositi di legame sacrificale che imitano i meccanismi biologici naturali, consentendo la dissipazione di energia e l’autoriparazione in caso di guasto meccanico. Il carico esterno rompe i legami sacrificali dei compositi di legame sacrificale e i magneti opposti uniscono l'interfaccia separata, consentendo la riforma dei suoi legami sacrificali e l'autoriparazione del composito dopo aver sostenuto grandi deformazioni.
"Ciò differisce in modo significativo dai materiali attuali che mancano di queste capacità intrinseche di autoriparazione, risultando in prodotti monouso e usa e getta", ha affermato. "La nostra ricerca proposta esamina la possibilità di creare meccanismi multiuso di dissipazione dell'energia autoriparanti, come i dispositivi anticaduta."
L'incorporazione di questi materiali innovativi potrebbe portare a prodotti più duraturi, più economici e più sostenibili che richiedono sostituzioni meno frequenti, con conseguente sviluppo di materiali autoriparanti utilizzati in vari articoli di uso quotidiano, come dispositivi di protezione e tessuti.
Il laboratorio BIM ha collaborato con il dottor Ramses Martinez, professore associato alla Purdue University, per condurre questa ricerca. Questo metodo è stato recentemente brevettato da Restrepo e team.
Ulteriori informazioni: Vanessa Restrepo et al, Progettazione su scala trasversale di compositi dissipativi di energia utilizzando interfacce autoriparanti basate su legami sacrificali, Materiali e progettazione (2023). DOI:10.1016/j.matdes.2023.112283
Fornito dalla Texas A&M University
