Os materiais bioinspirados (BIM) são materiais sintéticos cuja estrutura e propriedades são semelhantes aos materiais naturais ou à matéria viva. Esses materiais têm potencial para avançar em materiais estruturais, têxteis e equipamentos de proteção devido à sua durabilidade e propriedades de autocura.



Vanessa Restrepo, professora assistente do Departamento de Engenharia Mecânica J. Mike Walker '66, e sua equipe do Laboratório de Materiais Bioinspirados (BIM) pretendem criar materiais bioinspirados com comportamentos aprimorados, concentrando-se na natureza das proteínas desenvolver compósitos de ligação sacrificial (ligações que se quebram antes que o elo estrutural principal seja quebrado) utilizando materiais adesivos não lineares.

Este artigo foi publicado em Materiais e Design .

Esta pesquisa poderá impactar significativamente a infraestrutura elétrica cabeada em condições climáticas adversas. Usando esses materiais, os cabos poderiam esticar-se e estender-se para suportar o peso adicional do acúmulo de gelo ou quedas repentinas de árvores causadas por ventos fortes. Essa flexibilidade poderia evitar quebras de cabos, o que significa menos interrupções no serviço elétrico.

“Nosso compromisso continua dedicado ao avanço dos materiais bioinspirados e suas aplicações em diversas indústrias”, disse Restrepo. "Estamos entusiasmados com o impacto potencial e a contribuição desses materiais para um desenvolvimento de produtos mais resilientes e sustentáveis."

Segundo Restrepo, os adesivos não lineares referem-se a um comportamento de força-deslocamento que se desvia de uma trajetória bilinear, ao contrário dos adesivos convencionais. Ao contrário dos adesivos tradicionais, a relação força-deslocamento dos adesivos não lineares não segue um padrão simples de dois estágios. Em vez disso, exibe um comportamento mais complexo e variável à medida que forças externas são aplicadas.

Para abordar esta pesquisa, Restrepo está usando uma estratégia de escala cruzada, integrando materiais adesivos não lineares e ímãs de faces opostas para formar compósitos de ligação sacrificial semelhantes aos encontrados em proteínas como a interface do nácar, que é um tijolo de múltiplas camadas. argamassa material natural 3000 vezes mais resistente à fratura do que seus constituintes.

Sua abordagem envolve a utilização de compósitos de ligação sacrificial que imitam mecanismos biológicos naturais, permitindo a dissipação de energia e a autocura em caso de falha mecânica. A carga externa quebra as ligações sacrificiais dos compósitos de ligação sacrificial, e os ímãs opostos unem a interface separada, permitindo a reforma de suas ligações sacrificiais e a auto-reparação do compósito após suportar grandes deformações.

“Isso difere significativamente dos materiais atuais que não possuem essas habilidades intrínsecas de autorreparação, resultando em produtos descartáveis ​​e de uso único”, disse ela. "Nossa pesquisa proposta analisa a possibilidade de criar mecanismos multiuso de dissipação de energia auto-reparáveis, como pára-quedas."

A incorporação destes materiais inovadores poderia resultar em produtos mais duradouros, mais económicos e mais sustentáveis, que requerem substituição menos frequente, resultando eventualmente no desenvolvimento de materiais auto-reparáveis ​​utilizados em vários artigos do quotidiano, tais como equipamentos de protecção e têxteis.

O laboratório BIM fez parceria com o Dr. Ramses Martinez, professor associado da Purdue University, para conduzir esta pesquisa. Este método foi recentemente patenteado por Restrepo e equipe.

Mais informações: Vanessa Restrepo et al, Projeto em escala cruzada de compósitos dissipativos de energia usando interfaces auto-reparáveis ​​baseadas em ligações sacrificiais, Materiais e Design (2023). DOI:10.1016/j.matdes.2023.112283
Fornecido pela Texas A&M University