Credito:Burcu Dursun, Penn State
La natura crea materiali stratificati come osso e madreperla che diventano meno sensibili ai difetti man mano che crescono. Ora i ricercatori hanno creato, utilizzando proteine biomimetiche modellate su denti ad anello di calamaro, materiali compositi stratificati 2D resistenti alla rottura ed estremamente estensibili.
"I ricercatori hanno segnalato raramente questa proprietà dell'interfaccia per l'osso e la madreperla perché era difficile da misurare sperimentalmente", hanno affermato Melik Demirel, Lloyd e Dorothy Foehr Huck Chair in Biomimetic Materials e direttore del Center for Advanced Fiber Technologies, Penn State.
I materiali compositi 2D sono costituiti da strati spessi atomi di un materiale duro, come il grafene o un MXene, solitamente un carburo di metallo di transizione, nitruro o carbonitruro, separati da strati di qualcosa per incollare gli strati insieme. Mentre grandi pezzi di grafene o MXeni hanno proprietà di massa, la forza dei compositi 2D deriva dalle proprietà interfacciali.
"Poiché utilizziamo un materiale interfacciale che possiamo modificare ripetendo sequenze, possiamo mettere a punto le proprietà", ha affermato Demirel. "Possiamo renderlo molto flessibile e molto forte allo stesso tempo."
Ha notato che i materiali possono anche avere regimi o proprietà di conduzione termica unici, diffondendo il calore in una direzione più fortemente che a 90 gradi. I risultati di questo lavoro sono stati pubblicati oggi (25 luglio) negli Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .
"Questo materiale sarebbe ottimo per le solette delle scarpe da corsa", ha affermato Demirel. "Potrebbe raffreddare il piede e le ripetute flessioni non romperebbero la soletta."
Questi compositi 2D possono essere utilizzati per circuiti stampati flessibili, dispositivi indossabili e altre apparecchiature che richiedono forza e flessibilità.
Secondo Demirel, la teoria del continuo tradizionale non spiega perché questi materiali sono sia forti che flessibili, ma le simulazioni hanno dimostrato che l'interfaccia è importante. Ciò che apparentemente accade è che con una percentuale più alta del materiale composto dall'interfaccia, l'interfaccia si rompe in punti quando il materiale è sotto stress, ma il materiale nel suo insieme non si rompe.
"L'interfaccia si rompe, ma il materiale no", ha detto Demirel. "Ci aspettavamo che diventassero conformi, ma all'improvviso non è solo conforme, ma anche super elastico."
Altri che hanno lavorato a questo progetto dalla Penn State erano Mert Vural, borsista post-dottorato; Tarek Mazeed, borsista post-dottorato; Oguzhan Colak, studente laureato; e Reginald F. Hamilton, professore associato tutto in Ingegneria, Scienze e Meccanica.
Hanno lavorato a questa ricerca anche Dong Li e Huajian Gao, professore di ingegneria meccanica e aerospaziale, entrambi alla Nanyang Technological University, Singapore. + Esplora ulteriormente
