Pe baza diferitelor materii prime disponibile pe piață (de exemplu, TiO2-mica, Fe2O3-mica), pot fi preparate diferite materiale structurale naturale bioinspirate de diferite culori. Credit: GUAN Qingfang
Viața modernă depinde în mare măsură de materialele plastice, deși producția pe bază de petrol prezintă provocări de mediu serioase. Industria alege să utilizeze materiale durabile datorită proprietăților mecanice limitate sau proceselor de fabricație complexe. Este esențială o strategie avansată pentru dezvoltarea și producerea de materiale de construcție durabile extrem de eficiente.
Un nou material bioinspirat pentru eliminarea materialelor plastice pe bază de ulei este aici. Grupul, condus de Shu-Hong Yu, profesor la Universitatea de Știință și Tehnologie din China (USTC), raportează despre flexibilitatea producției de masă, manopera bună, fibrele de lemn și materialele structurate asemănătoare mica, cum ar fi nacrul. și culoare reglabilă.
Această imagine prezintă un prototip de carcasă pentru telefon mobil realizată din material inspirat biologic. Datorită funcționalității sale bune, materialul poate fi pregătit în forma și dimensiunea dorite, ceea ce arată potențialul mare de înlocuire a materialelor plastice cu aplicații, cum ar fi suportul sistematic al unui dispozitiv electronic personal la nivel înalt. Credit: GUAN Qingfang
Nacrul natural are o structură ierarhic structurată la mai multe niveluri, cum ar fi cărămida și mortarul, care îi permite să fie puternică și durabilă. Inspirați de Nacr, cercetătorii au simulat o structură de cărămidă și mortar comandată folosind microplachetele de mica acoperite cu TiO2 (TiO2-mica) și nanofibra de celuloză (CNF) cu metoda propusă de asamblare a deformării direcționale.
Această metodă presează direct TiO2-mica și hidrogelul CNF, astfel nu se modifică dimensiunile în direcția planului. Grosimea hidrogelului este redusă drastic, iar materialele sunt construite direct cu o structură de cărămidă și mortar foarte ordonată.
La scara nano, nano-boabele de TiO2 de pe suprafața TiO2-mica duc la o disipare eficientă a energiei prin frecare în timpul extracției TiO2-mica. Toate structurile aranjate ierarhic la nivel multidimensional ajută la redistribuirea sarcinilor și la creșterea durabilității.
Metoda de producție propusă permite realizarea producției în masă a materialului structural bioinspirat natural, deoarece dispozitivul de deformare direcțională este eficient și dimensional. Credit: GUAN Qingfang
Materialele rezultate au rezistență ridicată (~ 281 MPa) și rezistență (~ 11,5 MPa m1 / 2), care este de 2 ori mai mare decât materialele plastice de inginerie de înaltă performanță (de exemplu, poliamide, policarbonat aromatic), făcându-l puternic. un concurent al materialelor plastice pe bază de ulei.
Chiar mai bine, aceste materiale se adaptează la temperaturi cuprinse între -130 ° C și 250 ° C, în timp ce plasticul obișnuit este ușor înmuiat la temperaturi ridicate. Prin urmare, astfel de materiale sunt considerate mai sigure și mai fiabile la temperaturi ridicate sau variabile.
Rezultatele sunt publicate Relațiile cu natura.
Informații: “Material structural bioinformat natural pentru înlocuirea plasticului” de Qing-Fang Guan, Huai-Bin Yang, Zi-Meng Han, Zhang-Chi Ling și Shu-Hong Yu, 3 noiembrie 2020, Relațiile cu natura.
DOI: 10.1038 / s41467-020-19174-1
Acest design biomimetic al construcției de cărămidă și mortar foarte ordonate oferă idei de bază pentru producerea de materiale de construcție durabile pentru înlocuirea plasticului. Deoarece materialele plastice sunt mai ecologice, au proprietăți mecanice și termice decât materialele plastice, se așteaptă ca materialele să joace un rol important în înlocuirea plasticului.