Universidad de California, Los investigadores de ciencia de materiales de Irvine están aprendiendo sobre la resiliencia del camarón mantis. Los antiguos crustáceos están armados con dos apéndices rapaces en forma de martillo llamados garrotes dáctilos que utilizan para aporrear y aplastar a sus presas. Estos puños capaz de acelerar desde el cuerpo a más de 50 mph, dar golpes poderosos pero parecer indemne después.

Los investigadores de la UCI descubrieron que los clubes tienen un recubrimiento de nanopartículas de diseño exclusivo que absorbe y disipa la energía. Los resultados, publicado hoy en Materiales de la naturaleza , tienen implicaciones significativas para los materiales de ingeniería en la automoción, industrias aeroespacial y deportiva.

"Piense en golpear una pared un par de miles de veces a esas velocidades y no romperse el puño, "dijo David Kisailus, Profesor de ciencia e ingeniería de materiales de la UCI, quien ha estado estudiando el camarón mantis durante más de una década. "Eso es bastante impresionante, y nos hizo pensar en cómo podría ser ".

Él y el erudito postdoctoral Wei Huang utilizaron microscopía de fuerza atómica y electrónica de transmisión para examinar la arquitectura a nanoescala y los componentes materiales de la capa superficial de los clubes. Determinaron que las nanopartículas son esferas bicontinuas, hecho de nanocristales orgánicos (proteína y polisacárido) e inorgánicos (fosfato de calcio) entrelazados.

Los nanocristales inorgánicos tridimensionales son mescristalinos, esencialmente apilados como piezas de Lego, con pequeñas diferencias de orientación donde se unen. Las interfaces cristalinas son cruciales para la resiliencia de la capa superficial, porque se fracturan y rompen durante un impacto a alta velocidad, disminuyendo la profundidad de penetración a la mitad.

"El TEM de alta resolución realmente nos ayudó a comprender estas partículas, cómo están diseñados y cómo reaccionan bajo diferentes tipos de estrés, ", Dijo Kisailus." A tasas de deformación relativamente bajas, las partículas se deforman casi como un malvavisco y se recuperan cuando se alivia el estrés ".

Señaló que el comportamiento de las estructuras bajo un impacto de alta tensión es muy diferente. "Las partículas se endurecen y fracturan en las interfaces nanocristalinas, "Dijo Kisailus." Cuando rompes algo, estás abriendo nuevas superficies que disipan cantidades significativas de energía ".

El equipo, que incluía investigadores de la Universidad de Purdue, Oxford Instruments y Bruker Corp., también pudo medir y caracterizar las impresionantes capacidades de amortiguación del recubrimiento.

"Los materiales rígidos inorgánicos y orgánicos blandos en una red interpenetrante confieren impresionantes propiedades de amortiguación al recubrimiento sin comprometer la rigidez. Es una combinación rara que supera a la mayoría de los metales y cerámicas técnicas, "Dijo Kisailus.

Agregó que ahora está enfocado en traducir estos hallazgos a nuevas aplicaciones en una variedad de campos:"Podemos imaginar formas de diseñar partículas similares para agregar superficies protectoras mejoradas para su uso en automóviles, aeronave, cascos de fútbol y chalecos antibalas ".