L'armure d'ingénierie est conçue pour résister à la pénétration par dissipation d'énergie, mais manque souvent de capacité de frappe multiple en raison d'une fissuration radiale étendue. Une nouvelle armure biocéramique naturelle utilise un jumelage à l'échelle nanométrique pour catalyser une hiérarchie de mécanismes de déformation, augmentant ainsi l'efficacité de la dissipation d'énergie, localiser la déformation et améliorer la capacité de frappe multiple. La conception hiérarchique unique de cette armure naturelle fournit une inspiration pour le développement de matériaux structurels d'ingénierie avancés améliorés.
Des chercheurs du MIT découvrent les secrets de l'armure défensive d'une créature marine, une armure exceptionnellement résistante, pourtant optiquement clair.
Les coquilles d'une créature marine, le mollusque Placuna placenta , ne sont pas seulement exceptionnellement résistants, mais aussi suffisamment clair pour être lu. Maintenant, des chercheurs du MIT ont analysé ces obus pour déterminer exactement pourquoi ils sont si résistants à la pénétration et aux dommages, même s'ils sont à 99% de calcite, une faible, minéral fragile.
Les propriétés uniques des coques émergent d'une nanostructure spécialisée qui permet une clarté optique, ainsi qu'une dissipation d'énergie efficace et la capacité de localiser la déformation, les chercheurs ont trouvé. Les résultats sont publiés cette semaine dans la revue Matériaux naturels , dans un article co-écrit par l'étudiante diplômée du MIT Ling Li et le professeur Christine Ortiz.
Ortiz, le professeur Morris Cohen de science et d'ingénierie des matériaux (et doyen du MIT pour les études supérieures), a longtemps analysé les structures complexes et les propriétés des matériaux biologiques en tant que modèles possibles pour de nouvelles, des analogues synthétiques encore meilleurs.
Armure d'ingénierie à base de céramique, tout en étant conçu pour résister à la pénétration, manque souvent de la capacité de résister à de multiples coups, en raison de déformations et de fractures à grande échelle qui peuvent compromettre son intégrité structurelle, dit Ortiz. Dans les systèmes de blindage transparents, une telle déformation peut également obscurcir la visibilité.
L'armure d'ingénierie est conçue pour résister à la pénétration par dissipation d'énergie, mais manque souvent de capacité de frappe multiple en raison d'une fissuration radiale étendue. Une nouvelle armure biocéramique naturelle utilise un jumelage à l'échelle nanométrique pour catalyser une hiérarchie de mécanismes de déformation, augmentant ainsi l'efficacité de la dissipation d'énergie, localiser la déformation et améliorer la capacité de frappe multiple. La conception hiérarchique unique de cette armure naturelle fournit une inspiration pour le développement de matériaux structurels d'ingénierie avancés améliorés.
Les créatures qui ont développé des exosquelettes naturels, dont beaucoup sont à base de céramique, ont développé des conceptions ingénieuses capables de résister à de multiples attaques pénétrantes de prédateurs. Les coquilles de quelques espèces, tel que Placuna placenta , sont également optiquement clairs.
Pour tester exactement comment les coquilles, qui combinent de la calcite avec environ 1 % de matière organique, réagissent à la pénétration, les chercheurs ont soumis des échantillons à des tests d'indentation, en utilisant une pointe de diamant pointue dans une configuration expérimentale qui pourrait mesurer les charges avec précision. Ils ont ensuite utilisé des méthodes d'analyse à haute résolution, comme la microscopie électronique et la diffraction, d'examiner les dommages qui en résultent.
L'armure d'ingénierie est conçue pour résister à la pénétration par dissipation d'énergie, mais manque souvent de capacité de frappe multiple en raison d'une fissuration radiale étendue. Une nouvelle armure biocéramique naturelle utilise un jumelage à l'échelle nanométrique pour catalyser une hiérarchie de mécanismes de déformation, augmentant ainsi l'efficacité de la dissipation d'énergie, localiser la déformation et améliorer la capacité de frappe multiple. La conception hiérarchique unique de cette armure naturelle fournit une inspiration pour le développement de matériaux structurels d'ingénierie avancés améliorés.
Le matériau isole initialement les dommages grâce à un processus au niveau atomique appelé « jumelage » au sein des blocs de construction en céramique individuels :une partie du cristal change de position de manière prévisible, en laissant deux régions avec la même orientation qu'avant, mais avec une partie décalée par rapport à l'autre. Ce processus de jumelage se produit tout autour de la région stressée, aidant à former une sorte de frontière qui empêche les dommages de s'étendre vers l'extérieur.
Les chercheurs du MIT ont découvert que le jumelage active alors « une série de mécanismes de dissipation d'énergie supplémentaires… qui préservent l'intégrité mécanique et optique du matériau environnant, " dit Li. Cela produit un matériau qui est 10 fois plus efficace pour dissiper l'énergie que le minéral pur, Li ajoute.
Les propriétés de cette armure naturelle en font un modèle prometteur pour le développement de matériaux synthétiques bio-inspirés pour des applications commerciales et militaires, telles que la protection des yeux et du visage pour les soldats, vitres et pare-brise, et des boucliers anti-explosion, dit Ortiz.
