Udskrivning af plastikbaner for at beskytte fremtidens mobiltelefonskærme

Følg den ubrydelige hoppende telefon! Et team fra Polytechnique Montréal demonstrerede for nylig, at et stof, der er designet ved hjælp af additiv fremstilling, absorberer op til 96 % af slagenergien - alt sammen uden at gå i stykker. Cell Rapporter Fysisk Videnskab tidsskriftet har for nylig offentliggjort en artikel med detaljer om denne innovation, hvilket baner vejen for skabelsen af ​​ubrydelige plastbeklædninger.

Konceptet og den medfølgende forskning afsløret i artiklen er relativt enkel. Professorerne Frédérick Gosselin og Daniel Therriault fra Polytechnique Montréals Department of Mechanical Engineering, sammen med ph.d.-studerende Shibo Zou, ønskede at demonstrere, hvordan plastikbånd kunne inkorporeres i en glasrude for at forhindre, at den knuses ved stød.

Det virker som et simpelt nok koncept, men yderligere refleksion afslører, at der ikke er noget simpelt ved dette plastikvæv.

Forskernes design var inspireret af edderkoppespind og deres fantastiske egenskaber. "Et edderkoppespind kan modstå virkningen af ​​et insekt, der kolliderer med det, på grund af dets evne til at deformere via offerforbindelser på molekylært niveau, inden for silkeproteiner selv, " Professor Gosselin forklarer. "Vi blev inspireret af denne egenskab i vores tilgang."

Biomimik via 3-D print

Forskere brugte polycarbonat til at opnå deres resultater; ved opvarmning, polycarbonat bliver tyktflydende som honning. Ved at bruge en 3D-printer, Professor Gosselins team udnyttede denne egenskab til at "væve" en række fibre mindre end 2 mm tykke, gentog derefter processen ved at udskrive en ny serie fibre vinkelret, bevæger sig hurtigt, før hele banen størknede.

Det viser sig, at magien er i selve processen – det er her, det endelige produkt får sine nøgleegenskaber.

Da det langsomt ekstruderes af 3D-printeren for at danne en fiber, det smeltede plastik skaber cirkler, der i sidste ende danner en række løkker. "Når den er hærdet, disse løkker bliver til offerled, der giver fiberen yderligere styrke. Når der opstår påvirkning, disse offerforbindelser absorberer energi og knækker for at bevare fiberens samlede integritet - svarende til silkeproteiner, " forklarer forsker Gosselin.

I en artikel offentliggjort i 2015, Professor Gosselins hold demonstrerede principperne bag fremstillingen af ​​disse fibre. Det seneste Cell Rapporter Fysisk Videnskab artiklen afslører, hvordan disse fibre opfører sig, når de er flettet sammen for at tage form som et væv.

Studielederforfatter Shibo Zou, brugt lejligheden til at illustrere, hvordan sådan et net kunne opføre sig, når det er placeret inde i en beskyttende skærm. Efter at have indlejret en række baner i gennemsigtige harpiksplader, han udførte slagtest. Resultatet? Plastskiver spredte op til 96% af slagenergien uden at gå i stykker. I stedet for at knække, de deformeres visse steder, bevarelse af wafernes overordnede integritet.

Ifølge professor Gosselin, denne naturinspirerede innovation kan føre til fremstilling af en ny type skudsikkert glas, eller føre til produktion af mere holdbare plastik beskyttende smartphones skærme. "Det kunne også bruges i luftfarten som en beskyttende belægning til flymotorer, " bemærker professor Gosselin. I mellemtiden, han har bestemt til hensigt at udforske de muligheder, som denne tilgang kan åbne for ham.