Chinese wetenschappers die met andere onderzoekers samenwerken, hebben voor het eerst de onderliggende mechanismen blootgelegd van de hiërarchische structuur van walvisbaleinen, met het oog op het ontwikkelen van geavanceerde technische materialen. In een recente publicatie, Dr. Bin Wang van de Shenzhen Institutes of Advanced Technology van de Chinese Academie van Wetenschappen en Amerikaanse medewerkers hebben onthuld hoe onderliggende mechanismen van de hiërarchische structuur van baleinen bijdragen aan het unieke breukgedrag.

De oceaan bezit een overvloed aan organismen die gedijen door ingenieuze strategieën, daarmee een schat aan inspiratie voor innovatie. Baleinwalvissen vallen vooral op vanwege de vele belangrijke eigenschappen van hun karakteristieke baleinwalvissen, het filtervoedingsapparaat in de mondholte van mysticetes (baleinwalvissen). Het bestaat uit een reeks parallelle platen die aan beide zijden van de mond aan het gehemelte hangen en is het meest gemineraliseerde materiaal van de keratines. Balein zorgt voor een efficiënte voeding van grote hoeveelheden klein zoöplankton. Dit filtermechanisme heeft mystici in staat gesteld om te evolueren tot de grootste levende wezens op aarde.

De plaats van tanden innemen, balein is bestand tegen een leven lang aan krachten gegenereerd door waterstroom en prooi zonder te breken. Inderdaad, breuktaaiheid, die de structurele integriteit meet voor betrouwbaar functioneren, is een cruciale materiaaleigenschap voor baleinen en voor materialen die worden gebruikt in maritieme toepassingen. Hoewel zelden bestudeerd, balein staat al lang bekend als zowel sterk als flexibel. Het was een populair materiaal dat werd gebruikt in korsetten van de 11e tot de 20e eeuw en is gebruikt in de inheemse mandenmakerij van Alaska.

Onderzoek door prof. Wang en collega's toont aan dat de nanoschaalstructuur van de intermediaire filamenten en minerale kristallen van baleinen, die zijn ingebed in een amorfe matrix, verhoogt de stijfheid en sterkte. Verder, buisvormige lamellen op microschaal regelen de richting van scheurvoortplanting in geval van breuk, en gesp en afschuiving onder druk. In aanvulling, De sandwich-buisstructuur van baleen verhoogt de buigstijfheid en sterkte met een gunstige gewichtsbesparing.

"Baleen heeft een zeer anisotrope taaiheid, " zei Prof. Meyers. "In de lengterichting, scheuren verspreiden zich gemakkelijk, leidend tot gewenste delaminatie, rafelen, en vorming van borstelharen, nodig voor de filteractie, terwijl in de dwarsrichting, scheurvoortplanting wordt tegengegaan door de buisvormige structuur, het verstrekken van de vereiste weerstand tegen waterstroom en prooi impact."

Quasi-statische en dynamische experimenten, die het anisotrope breukgedrag van baleinen ondersteunen, vertoonde een ductiel-naar-bros overgang, met een reksnelheid die toeneemt in de droge toestand maar afwezig in de gehydrateerde toestand.

Gerelateerde analyses waarin het waterplastificerende effect en de verstijving van de reksnelheid zijn opgenomen, leverde nieuwe informatie op over het gedrag van baleinen onder concurrerende factoren van hydratatie en dynamische belasting, wat een belangrijke overweging is bij het ontwerpen van nieuwe technische materialen voor het mariene milieu.

Prof. Wang zei dat het "verbazingwekkend en opwindend" is om baleinen te bestuderen vanuit een materiaaltechnisch perspectief. Wang benadrukte dat nieuwe bevindingen in materiaalontwerp met betrekking tot baleinen kunnen helpen het "ultieme doel" van het ontwikkelen van geavanceerde technische materialen te bereiken.