A armadura projetada é projetada para resistir à penetração por meio da dissipação de energia, mas muitas vezes não tem capacidade de multi-hit devido a extensas rachaduras radiais. Uma nova armadura biocerâmica natural utiliza geminação em nanoescala para catalisar uma hierarquia de mecanismos de deformação, aumentando assim a eficiência da dissipação de energia, localizando a deformação e melhorando a capacidade de multi-hit. O design hierárquico exclusivo desta armadura natural fornece inspiração para o desenvolvimento de materiais estruturais de engenharia avançada e aprimorados.
Os pesquisadores do MIT descobrem os segredos por trás da armadura defensiva de uma criatura marinha - uma que é excepcionalmente resistente, ainda opticamente claro.
As conchas de uma criatura do mar, o molusco Placenta placenta , não são apenas excepcionalmente difíceis, mas também suficientemente claro para ler. Agora, pesquisadores do MIT analisaram essas conchas para determinar exatamente por que são tão resistentes à penetração e danos, embora sejam 99 por cento calcita, um fraco, mineral quebradiço.
As propriedades exclusivas das conchas emergem de uma nanoestrutura especializada que permite clareza óptica, bem como dissipação de energia eficiente e a capacidade de localizar deformações, os pesquisadores descobriram. Os resultados são publicados esta semana na revista. Materiais da Natureza , em um artigo com a coautoria do estudante de graduação do MIT Ling Li e da professora Christine Ortiz.
Ortiz, o professor Morris Cohen de Ciência e Engenharia de Materiais (e reitor do MIT para pós-graduação), há muito tempo analisa as estruturas e propriedades complexas de materiais biológicos como possíveis modelos para novos, ainda melhores análogos sintéticos.
Armadura à base de cerâmica projetada, embora projetado para resistir à penetração, muitas vezes não tem a capacidade de resistir a vários golpes, devido à deformação e fratura em grande escala que podem comprometer sua integridade estrutural, Ortiz diz. Em sistemas de blindagem transparente, tal deformação também pode obscurecer a visibilidade.
A armadura projetada é projetada para resistir à penetração por meio da dissipação de energia, mas muitas vezes não tem capacidade de multi-hit devido a extensas rachaduras radiais. Uma nova armadura biocerâmica natural utiliza geminação em nanoescala para catalisar uma hierarquia de mecanismos de deformação, aumentando assim a eficiência da dissipação de energia, localizando a deformação e melhorando a capacidade de multi-hit. O design hierárquico exclusivo desta armadura natural fornece inspiração para o desenvolvimento de materiais estruturais de engenharia avançada e aprimorados.
As criaturas que desenvolveram exoesqueletos naturais - muitos deles baseados em cerâmica - desenvolveram designs engenhosos que podem resistir a vários ataques penetrantes de predadores. As conchas de algumas espécies, tal como Placenta placenta , também são opticamente claros.
Para testar exatamente como as conchas - que combinam calcita com cerca de 1 por cento de material orgânico - respondem à penetração, os pesquisadores submeteram amostras a testes de indentação, usando uma ponta de diamante afiada em uma configuração experimental que pode medir cargas com precisão. Eles então usaram métodos de análise de alta resolução, como microscopia eletrônica e difração, para examinar o dano resultante.
A armadura projetada é projetada para resistir à penetração por meio da dissipação de energia, mas muitas vezes não tem capacidade de multi-hit devido a extensas rachaduras radiais. Uma nova armadura biocerâmica natural utiliza geminação em nanoescala para catalisar uma hierarquia de mecanismos de deformação, aumentando assim a eficiência da dissipação de energia, localizando a deformação e melhorando a capacidade de multi-hit. O design hierárquico exclusivo desta armadura natural fornece inspiração para o desenvolvimento de materiais estruturais de engenharia avançada e aprimorados.
O material inicialmente isola os danos por meio de um processo em nível atômico chamado "geminação" dentro dos blocos de construção de cerâmica individuais:parte do cristal muda sua posição de maneira previsível, deixando duas regiões com a mesma orientação de antes, mas com uma parte deslocada em relação à outra. Este processo de geminação ocorre em toda a região estressada, ajudando a formar uma espécie de limite que impede que o dano se espalhe para fora.
Os pesquisadores do MIT descobriram que a geminação ativa "uma série de mecanismos adicionais de dissipação de energia ... que preservam a integridade mecânica e óptica do material circundante, "Li diz. Isso produz um material que é 10 vezes mais eficiente na dissipação de energia do que o mineral puro, Li acrescenta.
As propriedades desta armadura natural a tornam um modelo promissor para o desenvolvimento de materiais sintéticos bioinspirados para aplicações comerciais e militares, como proteção ocular e facial para soldados, janelas e pára-brisas, e escudos de explosão, Ortiz diz.
