Bioinspirerade material (BIM) är syntetiska material vars struktur och egenskaper liknar naturliga material eller levande materia. Dessa material har potential att utveckla strukturella material, textilier och skyddsutrustning på grund av deras hållbarhet och självläkande egenskaper.
Dr. Vanessa Restrepo, biträdande professor vid J. Mike Walker '66 Department of Mechanical Engineering, och hennes team vid Bio-Inspired Materials (BIM) Lab strävar efter att skapa bioinspirerade material med förbättrat beteende genom att fokusera på proteinernas natur att utveckla kompositerna för offerbindning (bindningar som går sönder innan den huvudsakliga strukturella länken bryts) med hjälp av icke-linjära limmaterial.
Den här artikeln publicerades i Materials &Design .
Denna forskning kan avsevärt påverka elektrisk trådbunden infrastruktur under ogynnsamma väderförhållanden. Med hjälp av dessa material kan kablarna sträckas ut och förlängas för att bära den extra vikten av isansamling eller plötsliga trädfall orsakade av starka vindar. Denna flexibilitet kan förhindra kabelbrott, vilket innebär färre avbrott i elservicen.
"Vårt engagemang är fortfarande dedikerat till att utveckla bioinspirerade material och deras tillämpningar i olika industrier", säger Restrepo. "Vi är entusiastiska över dessa materials potentiella inverkan och bidrag till mer motståndskraftig och hållbar produktutveckling."
Enligt Restrepo avser icke-linjära lim ett kraftförskjutningsbeteende som avviker från en bilinjär bana, i motsats till konventionella lim. Till skillnad från traditionella lim följer kraft-förskjutningsförhållandet för icke-linjära lim inte ett enkelt tvåstegsmönster. Istället uppvisar den ett mer komplext och varierande beteende när yttre krafter appliceras.
För att närma sig denna forskning använder Restrepo en tvärskalestrategi, som integrerar icke-linjära adhesiva material och motsatta magneter för att bilda offerbindningskompositer som liknar de som finns i proteiner som pärlemors gränssnitt, som är en flerskiktad tegelsten-och- murbruk naturmaterial 3000 gånger mer motståndskraftigt mot brott än dess beståndsdelar.
Deras tillvägagångssätt innebär att använda kompositer för uppoffrande bindningar som efterliknar naturliga biologiska mekanismer, vilket möjliggör energiavledning och självläkning vid mekaniskt fel. Den externa belastningen bryter offerbindningarna hos kompositer för offerbindningar, och de motsatta magneterna sammanför det separerade gränssnittet, vilket möjliggör reformering av dess offerbindningar och självreparerande av kompositen efter att ha upprätthållit stora påkänningar.
"Detta skiljer sig markant från nuvarande material som saknar dessa inneboende självreparerande förmågor, vilket resulterar i engångs- och engångsprodukter", sa hon. "Vår föreslagna forskning tittar på möjligheten att skapa självreparerande energiavledningsmekanismer för flera användningsområden, såsom fallskyddsanordningar."
Att införliva dessa innovativa material kan resultera i mer hållbara, mer kostnadseffektiva och mer hållbara produkter som kräver mindre frekventa utbyten, vilket så småningom resulterar i utvecklingen av självreparerande material som används i olika vardagliga föremål, såsom skyddsutrustning och textilier.
BIM-labbet samarbetade med Dr Ramses Martinez, docent vid Purdue University, för att genomföra denna forskning. Denna metod patenterades nyligen av Restrepo och team.
Mer information: Vanessa Restrepo et al, Tvärskalig design av energiavledande kompositer med självreparerande gränssnitt baserade på uppoffrande bindningar, Material &Design (2023). DOI:10.1016/j.matdes.2023.112283
Tillhandahålls av Texas A&M University
