Die Schalen der Meeresbewohner , die Mollusken Placuna Plazenta, sind nicht nur besonders robust, sondern auch klar genug, um durch zu lesen. Jetzt haben Forscher am MIT , diese Schalen analysiert , genau festzustellen , warum sie so beständig gegen Eindringen und Schäden sind - auch wenn sie 99 Prozent Calcit, eine schwache , brüchige Mineral.
Die Schalen der einzigartigen Eigenschaften ergeben sich aus einem speziellen Nanostruktur , die optische Klarheit ermöglicht , sowie effiziente Energieaufnahme und die Fähigkeit zur Verformung zu lokalisieren , die Forscher gefunden. Die Ergebnisse werden in dieser Woche in der Zeitschrift Nature Materials veröffentlicht , in einer Arbeit von MIT Doktorand Ling Li und Professorin Christine Ortiz Co-Autor .
Ortiz, die Morris Cohen Professor für Werkstoffkunde ( und MIT- Dekan für Graduiertenausbildung ) , ist seit langem die komplexen Strukturen und Eigenschaften von biologischen Materialien als mögliche Modelle für neue , noch bessere synthetische Analoga untersucht.
Entwickelt auf Keramikbasis Rüstung , während entwickelt, um das Eindringen zu widerstehen, fehlt oft die Möglichkeit, mehrere Schläge , aufgrund von großen Verformungen und zu widerstehen Fraktur dass seine strukturelle Integrität gefährden , sagt Ortiz . In transparenten Panzerungssysteme können solche Verformung auch obskure Sicht.
Kreaturen, die natürlichen exoskeletons entwickelt haben - viele von ihnen auf Keramikbasis - haben geniale Designs , die mehrere Eindringen Angriffe von Raubtieren standhalten können entwickelt. Die Schalen von einigen Arten, wie Placuna Plazenta, sind ebenfalls optisch klar.
Um genau zu prüfen, wie die Schalen - die Calcit mit rund 1 Prozent organisches Material zu kombinieren - zu reagieren , um das Eindringen , die Forscher ausgesetzt Proben Eindrucktests, mit einem scharfen Diamantspitze in einem Versuchsaufbau , die Lasten präzise zu messen konnte . Sie dann hochauflösenden Analyseverfahren , wie Elektronenmikroskopie und Beugung, die dadurch entstehenden Schäden zu prüfen.
Das Material zunächst isoliert Schaden durch eine auf atomarer Ebene Prozess namens " Twinning " in den einzelnen keramischen Bausteinen : Ein Teil der Kristall verschiebt seine Position in vorhersehbarer Weise , so dass zwei Bereiche mit der gleichen Ausrichtung wie zuvor, aber mit einer Portion verschoben zum anderen. Das Partnerschaftsprozess auftritt ganzen beanspruchten Bereich und hilft, eine Art von Grenze, die den Schaden Ausbreitung nach außen hält bilden .
Die MIT-Forscher fanden heraus, dass Twinning aktiviert dann " eine Reihe von zusätzlichen Energieaufnahmemechanismen... , die die mechanische und optische Integrität des umgebenden Materials zu erhalten ", sagt Li . Dadurch entsteht ein Material, das 10 -mal effizienter in Dissipation von Energie als die reine Mineral ist , fügt Li .
Die Eigenschaften dieses natürlichen Rüstung machen es zu einem vielversprechenden Vorlage für die Entwicklung von bio-inspirierte synthetische Materialien für kommerzielle und militärische Anwendungen - wie zB Augen- und Gesichtsschutz für die Soldaten , Fenster und Windschutzscheiben, Spreng Schilde, sagt Ortiz .