Caltech Engineers Have Developed an Unusually Tough New Material

mikro vozli

Oblikovani materiali, ki so bili izdelani iz polimerov, kažejo natezno žilavost, ki je veliko večja od materialov, ki niso oblikovani, vendar so sicer strukturno enaki, pri katerih so posamezne niti prepletene in ne zavozlane. Zasluge: Caltech

Inženirji Caltecha so naredili pomemben preboj na področju nano- in mikroarhitekturiranih materialov, pri čemer so ustvarili nov material, sestavljen iz številnih med seboj povezanih mikroskopskih vozlov.

V primerjavi s strukturno podobnimi, vendar neoznačenimi materiali, prisotnost vozlov v tem novem materialu bistveno poveča njegovo žilavost, saj mu omogoča, da absorbira več energije in se bolj deformira, preden se vrne v prvotno obliko brez poškodb. Ti novi vozlasti materiali se lahko uporabljajo v biomedicini in vesoljskih aplikacijah zaradi svoje vzdržljivosti, potencialne biokompatibilnosti in izjemne deformabilnosti.

“Zmožnost premagovanja tipičnega kompromisa med deformabilnostjo materiala in natezno žilavostjo [the ability to be stretched without breaking] ponuja nove načine za načrtovanje naprav, ki so zelo prilagodljive, vzdržljive in lahko delujejo v ekstremnih pogojih,« pravi Vidianto P. Moestopo (MS ’19, doktorat ’22), nekdanji podiplomski študent Caltecha, ki je zdaj v nacionalnem laboratoriju Lawrence Livermore. Moestopo je glavni avtor prispevka o nano merilo Vozli Objavljeno 8. marca znanstveni napredek,

Moestopo je pomagal razviti material v laboratoriju profesorja znanosti o materialih, mehanike in medicinskega inženirstva Julie R. Greer, Rubena F. in Donne Mettler; Direktor fundacije Fletcher Jones Inštituta za nanoznanost Kavli; in višji avtor znanstveni napredek papir. Greer je v ospredju ustvarjanja nano-arhitektiranih materialov ali materialov, katerih struktura je bila zasnovana in urejena na nanometrskem merilu in posledično kažejo nenavadne, pogosto presenetljive lastnosti.

Preskus trdnosti vozlov v mikroskopskem merilu

Natezna trdnost materiala, oblikovanega z mikroskopskimi vozli (levo), v primerjavi z materialom, ki ne vsebuje vozlov, a je sicer strukturno enak (desno). Zasluge: Caltech

“Začetek razumevanja, kako bi vozli vplivali na mehanski odziv mikro-arhitekturiranih materialov, je bila nova ideja, ki je že pripravljena,” pravi Greer. “Opravili smo obsežno raziskavo o preučevanju mehanskih deformacij številnih drugih vrst mikrotekstilij, na primer mrežastih in tkanih materialov. Vstop v svet vozlov nam je omogočil globlji vpogled v vlogo trenja in disipacije energije. Dobil dovoljenje in izkazalo se je, da je vredno.

Vsak vozel je visok in širok približno 70 mikrometrov, vsako vlakno pa ima polmer približno 1,7 mikrometra (približno stotina polmera človeškega lasu). Čeprav to niso najmanjši vozli, ki so bili kdajkoli narejeni – leta 2017 so kemiki zavezali vozel iz ločene verige atomov – je to prvič, da je bil izdelan material iz več vozlov v tem obsegu. Poleg tega dokazuje potencialno vrednost vključitve teh nanometrskih vozlov v material – na primer za šivanje ali privezovanje v biomedicini.

Oblikovani materiali, ki so bili izdelani iz polimerov, kažejo natezno žilavost, ki je veliko večja od materialov, ki niso oblikovani, vendar so sicer strukturno enaki, pri katerih so posamezne niti prepletene in ne zavozlane. V primerjavi s svojimi nevozlanimi primerki vozlani materiali absorbirajo 92 odstotkov več energije in potrebujejo več kot dvakrat večjo obremenitev, da se zaskočijo, ko se raztegnejo.

Vozli niso bili zlepljeni, ampak izdelani v zavozlanem stanju z uporabo napredne 3D litografije visoke ločljivosti, ki je sposobna izdelati strukture na nanometru. Vzorci so podrobno opisani v znanstveni napredek Papir ima preproste vozle – zgornji vozel z dodatnim zasukom, ki zagotavlja dodatno trenje za absorbiranje odvečne energije, medtem ko je material raztegnjen. V prihodnosti namerava ekipa raziskati materiale iz bolj zapletenih vozlov.

Moestopovo zanimanje za vozle je zraslo iz raziskave, ki jo izvaja leta 2020. COVID 19 zaprtje. “Našel sem nekaj del raziskovalcev, ki preučujejo mehaniko fizičnih vozlov v nasprotju z vozli v povsem matematičnem smislu. Nimam se za plezalca, mornarja ali matematika, vendar sem vse življenje vezal vozle, Zato sem mislil, da je vredno poskusiti vključiti vozlanje v svoje dizajne.”

Referenca: Vidianto P. Moestopo, Sammy Shekar, Weiting Deng in Julia R. Greer, “Nots are not for not: Design, Properties and Topology of Hierarchically Pretwined Microarchitected Materials”, 8. marec 2023 znanstveni napredek,
DOI: 10.1126/sciadv.ade6725

Študijo je financirala Nacionalna znanstvena fundacija prek MoeStopovega programa štipendij za podiplomske raziskave, Caltechovega sklada za inovacije Clinard, štipendije Greer’s Vannevar Bush Faculty Fellowship in Urada za pomorske raziskave.

READ  Ledeniki na Marsu razkrivajo številne ledene dobe planeta

Mojca Andreja

Nagnjena je k apatiji. Nevidni raziskovalec. Vseživljenjski guru slanine. Potovalni odvisnik. Organizator. "

Related Posts

Dodaj odgovor

Vaš e-naslov ne bo objavljen. * označuje zahtevana polja

Read also x