La armadura de ingeniería está diseñada para resistir la penetración a través de la disipación de energía, pero a menudo carece de capacidad de impactos múltiples debido a un extenso agrietamiento radial. Una nueva armadura de biocerámica natural utiliza el hermanamiento a nanoescala para catalizar una jerarquía de mecanismos de deformación, aumentando así la eficiencia de la disipación de energía, localizando la deformación y mejorando la capacidad de impactos múltiples. El diseño jerárquico único de esta armadura natural proporciona inspiración para el desarrollo de materiales estructurales de ingeniería avanzada mejorados.
Los investigadores del MIT descubren los secretos detrás de la armadura defensiva de una criatura marina, una que es excepcionalmente resistente, pero ópticamente claro.
Las conchas de una criatura marina el molusco Placuna placenta , no solo son excepcionalmente resistentes, pero también lo suficientemente claro para leer. Ahora, Los investigadores del MIT han analizado estos caparazones para determinar exactamente por qué son tan resistentes a la penetración y al daño, a pesar de que son 99 por ciento de calcita, un débil, mineral quebradizo.
Las propiedades únicas de las conchas surgen de una nanoestructura especializada que permite claridad óptica, así como una eficiente disipación de energía y la capacidad de localizar deformaciones, los investigadores encontraron. Los resultados se publican esta semana en la revista Materiales de la naturaleza , en un artículo escrito en coautoría por el estudiante graduado del MIT Ling Li y la profesora Christine Ortiz.
Ortiz, el profesor Morris Cohen de ciencia e ingeniería de materiales (y decano de educación de posgrado del MIT), ha analizado durante mucho tiempo las complejas estructuras y propiedades de los materiales biológicos como posibles modelos para nuevos, incluso mejores análogos sintéticos.
Armadura de ingeniería a base de cerámica, mientras está diseñado para resistir la penetración, a menudo carece de la capacidad de soportar múltiples golpes, debido a deformaciones y fracturas a gran escala que pueden comprometer su integridad estructural, Ortiz dice. En sistemas de blindaje transparentes, tal deformación también puede oscurecer la visibilidad.
La armadura de ingeniería está diseñada para resistir la penetración a través de la disipación de energía, pero a menudo carece de capacidad de impactos múltiples debido a un extenso agrietamiento radial. Una nueva armadura de biocerámica natural utiliza el hermanamiento a nanoescala para catalizar una jerarquía de mecanismos de deformación, aumentando así la eficiencia de la disipación de energía, localizando la deformación y mejorando la capacidad de impactos múltiples. El diseño jerárquico único de esta armadura natural proporciona inspiración para el desarrollo de materiales estructurales de ingeniería avanzada mejorados.
Las criaturas que han desarrollado exoesqueletos naturales, muchos de ellos basados en cerámica, han desarrollado diseños ingeniosos que pueden resistir múltiples ataques penetrantes de depredadores. Las conchas de algunas especies, tal como Placuna placenta , también son ópticamente transparentes.
Para probar exactamente cómo las conchas, que combinan calcita con aproximadamente un 1 por ciento de material orgánico, responden a la penetración, los investigadores sometieron las muestras a pruebas de indentación, utilizando una punta de diamante afilada en una configuración experimental que podría medir cargas con precisión. Luego utilizaron métodos de análisis de alta resolución, como microscopía electrónica y difracción, para examinar el daño resultante.
La armadura de ingeniería está diseñada para resistir la penetración a través de la disipación de energía, pero a menudo carece de capacidad de impactos múltiples debido a un extenso agrietamiento radial. Una nueva armadura de biocerámica natural utiliza el hermanamiento a nanoescala para catalizar una jerarquía de mecanismos de deformación, aumentando así la eficiencia de la disipación de energía, localizando la deformación y mejorando la capacidad de impactos múltiples. El diseño jerárquico único de esta armadura natural proporciona inspiración para el desarrollo de materiales estructurales de ingeniería avanzada mejorados.
El material aísla inicialmente el daño a través de un proceso a nivel atómico llamado "hermanamiento" dentro de los bloques de construcción de cerámica individuales:parte del cristal cambia su posición de una manera predecible, dejando dos regiones con la misma orientación que antes, pero con una parte desplazada con respecto a la otra. Este proceso de hermanamiento ocurre en toda la región estresada, ayudando a formar una especie de límite que evita que el daño se extienda hacia afuera.
Los investigadores del MIT descubrieron que el hermanamiento activa "una serie de mecanismos adicionales de disipación de energía ... que preservan la integridad mecánica y óptica del material circundante". "Li dice. Esto produce un material que es 10 veces más eficiente en la disipación de energía que el mineral puro, Li agrega.
Las propiedades de esta armadura natural la convierten en una plantilla prometedora para el desarrollo de materiales sintéticos bioinspirados para aplicaciones comerciales y militares, como protección ocular y facial para soldados. ventanas y parabrisas, y escudos explosivos, Ortiz dice.
