Université de Californie, Les chercheurs en science des matériaux d'Irvine découvrent la résilience de la crevette mante. Les anciens crustacés sont armés de deux appendices rapaces en forme de marteau appelés massues dactyles qu'ils utilisent pour matraquer et écraser leurs proies. Ces poings, capable d'accélérer à partir du corps à plus de 50 mph, délivrer des coups puissants tout en paraissant intacts par la suite.

Les chercheurs de l'UCI ont découvert que les clubs ont un revêtement de nanoparticules de conception unique qui absorbe et dissipe l'énergie. Les résultats, publié aujourd'hui dans Matériaux naturels , ont des implications importantes pour les matériaux d'ingénierie dans l'automobile, industries de l'aérospatiale et du sport.

"Pensez à frapper un mur quelques milliers de fois à ces vitesses et à ne pas vous casser le poing, " a déclaré David Kisailus, Professeur UCI de science et ingénierie des matériaux, qui étudie la crevette mante depuis plus d'une décennie. "C'est assez impressionnant, et cela nous a fait réfléchir à la façon dont cela pourrait être. "

Lui et le chercheur postdoctoral Wei Huang ont utilisé la microscopie électronique à transmission et à force atomique pour examiner l'architecture à l'échelle nanométrique et les composants matériels de la couche de surface des clubs. Ils ont déterminé que les nanoparticules sont des sphères bicontinues, composé de nanocristaux organiques (protéines et polysaccharides) et inorganiques (phosphate de calcium) entrelacés.

Les nanocristaux inorganiques 3-D sont mésocristallins, essentiellement empilés comme des pièces de Lego, avec de petites différences d'orientation où ils se rejoignent. Les interfaces cristallines sont cruciales pour la résilience de la couche de surface, parce qu'ils se cassent et se cassent lors d'un impact à grande vitesse, en diminuant la profondeur de pénétration de moitié.

"Le MET haute résolution nous a vraiment aidé à comprendre ces particules, comment ils sont architecturés et comment ils réagissent sous différents types de stress, " dit Kisailus. " A des taux de déformation relativement faibles, les particules se déforment presque comme une guimauve et récupèrent lorsque le stress est soulagé."

Il a noté que le comportement des structures sous un impact à haute contrainte est très différent. « Les particules se rigidifient et se fracturent aux interfaces nanocristallines, " dit Kisailus. " Quand tu casses quelque chose, vous ouvrez de nouvelles surfaces qui dissipent des quantités importantes d'énergie."

L'équipe, qui comprenait des chercheurs de l'Université Purdue, Oxford Instruments et Bruker Corp., a également pu mesurer et caractériser les impressionnantes capacités d'amortissement du revêtement.

"Les matériaux inorganiques rigides et organiques mous dans un réseau interpénétrant confèrent au revêtement des propriétés d'amortissement impressionnantes sans compromettre la rigidité. C'est une combinaison rare qui surpasse la plupart des métaux et des céramiques techniques, " dit Kisaïlus.

Il a ajouté qu'il se concentre maintenant sur la traduction de ces découvertes en de nouvelles applications dans une variété de domaines :« Nous pouvons imaginer des moyens de concevoir des particules similaires pour ajouter des surfaces de protection améliorées à utiliser dans les automobiles, avion, casques de football et gilets pare-balles."