Kinesiska forskare som arbetar med andra forskare har för första gången avslöjat de bakomliggande mekanismerna för den hierarkiska strukturen hos valbaleen, med sikte på att utveckla avancerade konstruerade material. I en ny publikation, Dr Bin Wang från Shenzhen Institutes of Advanced Technology vid den kinesiska vetenskapsakademien och amerikanska samarbetspartners har avslöjat hur bakomliggande mekanismer för den hierarkiska strukturen hos baleen bidrar till dess unika sprickbeteende.

Havet har ett ymnighetshorn av organismer som trivs genom sinnrika strategier, vilket ger en mängd inspiration för innovation. Baleenvalar är särskilt anmärkningsvärda på grund av de många viktiga egenskaperna hos deras karakteristiska baleen, filtermatningsapparaten inuti munhålan hos mysticeter (balhvalar). Den består av en serie parallella plattor hängande från gommen ner på båda sidor av munnen och är det mest mineraliserade materialet av keratinerna. Baleen möjliggör effektiv utfodring av stora mängder små zooplankton. Denna filtreringsmekanism har gjort det möjligt för mystiker att utvecklas till de största levande varelserna på jorden.

Tar tänderna, baleen tål en livstid av krafter som genereras av vattenflöde och byte utan att spricka. Verkligen, fraktur seghet, som mäter strukturell integritet för tillförlitlig funktion, är en avgörande materialegenskap för såväl balle som material som används i marina tillämpningar. Även om det sällan studeras, baleen har länge varit känt för att vara både stark och flexibel. Det var ett populärt material som användes i korsetter från 11- till 1900 -talet och har använts i Alaskan Native basketry.

Forskning från professor Wang och kollegor visar att nanoskala strukturen för baleens mellanliggande filament och mineralkristaller, som är inbäddade i en amorf matris, ökar dess styvhet och styrka. Vidare, mikroskala rörformade lameller kontrollerar sprickriktningens riktning vid fraktur, och spänne och skjuv under komprimering. Dessutom, baleens sandwich-rörformade struktur ökar böjstyvheten och styrkan med en gynnsam viktbesparing.

"Baleen har en mycket anisotrop seghet, "sade prof. Meyers." I längdriktningen, sprickor sprider sig lätt, som leder till önskvärd delaminering, slits, och bildning av borst, nödvändig för filtrering, i tvärriktningen, sprickutbredning motstår den rörformiga strukturen, ger det erforderliga motståndet mot vattenflöde och bytepåverkan. "

Kvasistatiska och dynamiska experiment, som stöder det anisotropa frakturbeteendet hos baleen, visade en seg-till-spröd övergång, med en töjningshastighet som ökar i det torra tillståndet men frånvarande i det hydratiserade tillståndet.

Relaterad analys som innehåller vattenmjukgörande effekt och töjningshastighet gav ny information om ballebeteende under konkurrerande faktorer för hydrering och dynamisk belastning, vilket är en viktig faktor för att utforma nya konstruktionsmaterial för den marina miljön.

Professor Wang sa att det är "fantastiskt och spännande" att studera baleen ur ett materialtekniskt perspektiv. Wang betonade att nya fynd inom materialdesign relaterade till baleen kan hjälpa till att uppnå det "slutliga målet" att utveckla avancerade konstruerade material.