Ny opdagelse i dyreeksoskeletter fører til fremskridt inden for design af byggematerialer

Forskere fra Monash University har opdaget et nyt designmotiv afledt af den stive ydre belægning af hvirvelløse dyr, der kan hjælpe med at skabe mere skadetolerante materialer til fremtidig byggeri og konstruktion.

I et papir udgivet i Nature Communications , siger professor Wenhui Duan fra Institut for Civilingeniør ved Monash University, at det nye mønster, der tilføjer de otte kendte og almindelige biologiske strukturelle designmønstre, kan tilføje et højstyrkemotiv til almindeligt anvendte byggematerialer såsom kompositter og cement og kan hjælpe reducere kulstofemissioner.

Cementindustrien er en af ​​de største producenter af kuldioxid og skaber op til 8 % af verdens menneskeskabte emissioner af denne gas; denne opdagelse vil hjælpe med at reducere brugen af ​​cement ved at forbedre materialets skadetolerance.

Forskerholdet gentog designmotivet i cementmateriale, et af de mest brugte byggematerialer i verden. De brugte en 3D-printteknik kombineret med nanoteknologi og kunstig intelligens for at fremstille en letvægts cementkomposit, som tog dette segmentelle designmotiv, hvilket demonstrerer en overlegen bæreevne og et unikt progressivt fejlmønster.

"Vi demonstrerede anvendelsen af ​​dette designmotiv til at producere et højstyrke, skadetolerant letvægtscementmateriale. Derudover kan dette designmotiv også anvendes på forskellige materialer såsom keramik, glas, polymere og metalliske materialer til avanceret materialedesign, energi opbevaring/konvertering og arkitektoniske strukturer i samarbejde med teamene fra University of Queensland og University of Manchester," siger professor Duan.

Siden opdagelsen af ​​den spiralformede struktur i 1972, et af de mest almindelige strukturelle mønstre i biologi, har der været et ønske om at udvinde designmotiver fra mere end 7 millioner levende arter i verden for at hjælpe med fremstillingen af ​​strukturerede/strukturelle materialer.

Efter næsten 50 års forskning er bemærkelsesværdige gentagelser blevet bekræftet i de fleste klasser af arter, men kun otte kategorier af designmotiver er nogensinde blevet ekstraheret og overtaget i materialedesign, indtil nu.

Den nye designstruktur er blevet identificeret i forskellige arter såsom eksoskeletterne af leddyr, benene på pattedyr, padder og krybdyr. Disse designmotiver er værdifulde inspirationskilder til moderne materialedesign og hjælper med fremstillingen af ​​strukturelt materiale.

"Sammenlignet med det nuværende designmotiv spreder vores segmenterede designmotiv energien ved segmentrotation. Det smukke ved vores opdagede designmotiv er, at materialet kan udvise en unik periodisk progressiv fejladfærd. Det betyder, at vi kan begrænse skaden inden for en bestemt region af materiale, mens resten af ​​strukturen stadig kan bevare integriteten og det meste (omkring 80 %) af den bærende kapacitet." + Udforsk yderligere

Funktionelle motivers afgørende rolle - mikrostrukturelle enheder, der styrer materielle funktioner - i materialeforskning