L'armatura ingegnerizzata è progettata per resistere alla penetrazione attraverso la dissipazione di energia, ma spesso manca di capacità di colpo multiplo a causa dell'estesa fessurazione radiale. Una nuova armatura bioceramica naturale utilizza il gemellaggio su nanoscala per catalizzare una gerarchia di meccanismi di deformazione, aumentando così l'efficienza di dissipazione dell'energia, localizzare la deformazione e migliorare la capacità di multi-hit. L'esclusivo design gerarchico di questa armatura naturale fornisce ispirazione per lo sviluppo di materiali strutturali di ingegneria avanzata migliorati.
I ricercatori del MIT scoprono i segreti dietro l'armatura difensiva di una creatura marina, una che è eccezionalmente resistente, eppure otticamente chiaro.
Le conchiglie di una creatura marina, il mollusco Placuna placenta , non sono solo eccezionalmente resistenti, ma anche abbastanza chiaro da leggere. Ora, i ricercatori del MIT hanno analizzato questi gusci per determinare esattamente perché sono così resistenti alla penetrazione e ai danni, anche se sono al 99% di calcite, un debole, minerale fragile.
Le proprietà uniche dei gusci emergono da una nanostruttura specializzata che consente chiarezza ottica, così come un'efficiente dissipazione dell'energia e la capacità di localizzare la deformazione, i ricercatori hanno scoperto. I risultati sono pubblicati questa settimana sulla rivista Materiali della natura , in un articolo scritto dallo studente laureato del MIT Ling Li e dalla professoressa Christine Ortiz.
Ortiz, il Morris Cohen Professor of Materials Science and Engineering (e preside del MIT per l'istruzione universitaria), ha a lungo analizzato le complesse strutture e proprietà dei materiali biologici come possibili modelli per nuove, analoghi sintetici ancora migliori.
Armatura a base di ceramica ingegnerizzata, mentre progettato per resistere alla penetrazione, spesso manca la capacità di resistere a più colpi, a causa di deformazioni e fratture su larga scala che possono comprometterne l'integrità strutturale, dice Ortiz. Nei sistemi di armature trasparenti, tale deformazione può anche oscurare la visibilità.
L'armatura ingegnerizzata è progettata per resistere alla penetrazione attraverso la dissipazione di energia, ma spesso manca di capacità di colpo multiplo a causa dell'estesa fessurazione radiale. Una nuova armatura bioceramica naturale utilizza il gemellaggio su nanoscala per catalizzare una gerarchia di meccanismi di deformazione, aumentando così l'efficienza di dissipazione dell'energia, localizzare la deformazione e migliorare la capacità di multi-hit. L'esclusivo design gerarchico di questa armatura naturale fornisce ispirazione per lo sviluppo di materiali strutturali di ingegneria avanzata migliorati.
Le creature che hanno sviluppato esoscheletri naturali, molti dei quali a base di ceramica, hanno sviluppato progetti ingegnosi in grado di resistere a molteplici attacchi penetranti da parte dei predatori. Le conchiglie di alcune specie, come Placuna placenta , sono anche otticamente chiare.
Per testare esattamente come i gusci, che combinano la calcite con circa l'1% di materiale organico, rispondono alla penetrazione, i ricercatori hanno sottoposto i campioni a test di indentazione, utilizzando una punta di diamante affilata in una configurazione sperimentale in grado di misurare i carichi con precisione. Hanno quindi utilizzato metodi di analisi ad alta risoluzione, come la microscopia elettronica e la diffrazione, per esaminare il danno risultante.
L'armatura ingegnerizzata è progettata per resistere alla penetrazione attraverso la dissipazione di energia, ma spesso manca di capacità di colpo multiplo a causa dell'estesa fessurazione radiale. Una nuova armatura bioceramica naturale utilizza il gemellaggio su nanoscala per catalizzare una gerarchia di meccanismi di deformazione, aumentando così l'efficienza di dissipazione dell'energia, localizzare la deformazione e migliorare la capacità di multi-hit. L'esclusivo design gerarchico di questa armatura naturale fornisce ispirazione per lo sviluppo di materiali strutturali di ingegneria avanzata migliorati.
Il materiale inizialmente isola i danni attraverso un processo a livello atomico chiamato "gemellaggio" all'interno dei singoli mattoni ceramici:una parte del cristallo sposta la sua posizione in modo prevedibile, lasciando due regioni con lo stesso orientamento di prima, ma con una porzione spostata rispetto all'altra. Questo processo di gemellaggio si verifica in tutta la regione stressata, contribuendo a formare una sorta di confine che impedisce al danno di diffondersi verso l'esterno.
I ricercatori del MIT hanno scoperto che il gemellaggio attiva quindi "una serie di ulteriori meccanismi di dissipazione dell'energia ... che preservano l'integrità meccanica e ottica del materiale circostante, " dice Li. Questo produce un materiale che è 10 volte più efficiente nel dissipare energia rispetto al minerale puro, Li aggiunge.
Le proprietà di questa armatura naturale la rendono un modello promettente per lo sviluppo di materiali sintetici di ispirazione biologica per applicazioni sia commerciali che militari, come la protezione degli occhi e del viso per i soldati, finestrini e parabrezza, e scudi esplosivi, dice Ortiz.
