Bio-inspirerede materialer viser potentialet for beskyttelsesudstyr og tekstiler

Bioinspirerede materialer (BIM) er syntetiske materialer, hvis struktur og egenskaber ligner naturlige materialer eller levende stof. Disse materialer har potentialet til at fremme strukturelle materialer, tekstiler og beskyttelsesudstyr på grund af deres holdbarhed og selvhelbredende egenskaber.

Dr. Vanessa Restrepo, assisterende professor i J. Mike Walker '66 Department of Mechanical Engineering, og hendes team på Bio-Inspired Materials (BIM) Lab sigter mod at skabe bioinspirerede materialer med forbedret adfærd ved at fokusere på proteinernes natur at udvikle de opofrende bindingskompositter (bindinger, der brydes, før det strukturelle hovedled brydes) ved at bruge ikke-lineære klæbende materialer.

Denne artikel blev udgivet i Materials &Design .

Denne forskning kan have en betydelig indvirkning på elektrisk kablet infrastruktur under ugunstige vejrforhold. Ved at bruge disse materialer kunne kablerne strække sig og strække sig for at bære den ekstra vægt af isophobning eller pludselige træfald forårsaget af stærk vind. Denne fleksibilitet kan forhindre kabelbrud, hvilket betyder færre afbrydelser i den elektriske service.

"Vores forpligtelse er fortsat dedikeret til at fremme bioinspirerede materialer og deres anvendelser i forskellige industrier," sagde Restrepo. "Vi er begejstrede for disse materialers potentielle virkning og bidrag til mere robust og bæredygtig produktudvikling."

Ifølge Restrepo refererer ikke-lineære klæbemidler til en kraft-forskydningsadfærd, der afviger fra en bilineær vej, i modsætning til konventionelle klæbemidler. I modsætning til traditionelle klæbemidler følger kraft-forskydningsforholdet for ikke-lineære klæbemidler ikke et ligetil to-trins mønster. I stedet udviser den en mere kompleks og variabel adfærd, når ydre kræfter påføres.

For at nærme sig denne forskning bruger Restrepo en strategi på tværs af skalaen, der integrerer ikke-lineære klæbende materialer og modsat vendte magneter for at danne kompositter med opofrende bindinger svarende til dem, der findes i proteiner såsom perlemorens grænseflade, som er en flerlags mursten-og- mørtel naturmateriale 3000 gange mere modstandsdygtigt over for brud end dets bestanddele.

Deres tilgang involverer anvendelse af opofrende bindingskompositter, der efterligner naturlige biologiske mekanismer, hvilket giver mulighed for energispredning og selvhelbredelse ved mekanisk fejl. Den ydre belastning bryder offerbindingerne af offerbindingskompositter, og de modsat vendte magneter samler den adskilte grænseflade, hvilket muliggør reformering af dens offerbindinger og selvreparation af kompositten efter at have opretholdt store belastninger.

"Dette adskiller sig væsentligt fra nuværende materialer, der mangler disse iboende selvreparerende evner, hvilket resulterer i engangs- og engangsprodukter," sagde hun. "Vores foreslåede forskning ser på muligheden for at skabe selvreparerende energiafledningsmekanismer til flere anvendelser, såsom faldsikringer."

Inkorporering af disse innovative materialer kan resultere i længerevarende, mere omkostningseffektive og mere bæredygtige produkter, der kræver sjældnere udskiftning, hvilket i sidste ende resulterer i udviklingen af ​​selvreparerende materialer, der bruges i forskellige hverdagsgenstande, såsom beskyttelsesudstyr og tekstiler.

BIM-laboratoriet samarbejdede med Dr. Ramses Martinez, lektor ved Purdue University, for at udføre denne forskning. Denne metode blev for nylig patenteret af Restrepo og team.

Flere oplysninger: Vanessa Restrepo et al., Tværskaladesign af energidissipative kompositter ved hjælp af selvreparerende grænseflader baseret på opofrende bindinger, Materials &Design (2023). DOI:10.1016/j.matdes.2023.112283

Leveret af Texas A&M University