Volg de onbreekbare stuiterende telefoon! Een team van Polytechnique Montréal heeft onlangs aangetoond dat een stof die is ontworpen met behulp van additive manufacturing tot 96% van de impactenergie absorbeert, en dat alles zonder te breken. Celrapporten Fysische Wetenschap tijdschrift publiceerde onlangs een artikel met details over deze innovatie, die de weg vrijmaakt voor het creëren van onbreekbare plastic bekledingen.

Het concept en het bijbehorende onderzoek dat in het artikel wordt onthuld, is relatief eenvoudig. Professoren Frédérick Gosselin en Daniel Therriault van de afdeling Werktuigbouwkunde van Polytechnique Montréal, samen met promovendus Shibo Zou, wilde demonstreren hoe kunststof webbing in een ruit kan worden verwerkt om te voorkomen dat deze bij een botsing breekt.

Het lijkt een eenvoudig genoeg concept, maar verder nadenken leert dat er niets eenvoudigs is aan dit plastic web.

Het ontwerp van de onderzoekers is geïnspireerd op spinnenwebben en hun verbazingwekkende eigenschappen. "Een spinnenweb is bestand tegen de impact van een insect dat ermee in botsing komt, vanwege zijn vermogen om te vervormen via opofferingsverbindingen op moleculair niveau, binnen zijde-eiwitten zelf, "Professor Gosselin legt uit. "We werden geïnspireerd door deze eigenschap in onze aanpak."

Biomimicry via 3D-printen

Onderzoekers gebruikten polycarbonaat om hun resultaten te bereiken; bij verhitting, polycarbonaat wordt stroperig als honing. Met behulp van een 3D-printer, Het team van professor Gosselin gebruikte deze eigenschap om een ​​reeks vezels van minder dan 2 mm dik te "weven", herhaalde vervolgens het proces door een nieuwe reeks vezels loodrecht te printen, snel bewegen, voordat het hele web gestold was.

Het blijkt dat de magie in het proces zelf zit - daar krijgt het eindproduct zijn belangrijkste eigenschappen.

Omdat het langzaam door de 3D-printer wordt geëxtrudeerd om een ​​vezel te vormen, het gesmolten plastic creëert cirkels die uiteindelijk een reeks lussen vormen. "Eenmaal uitgehard, deze lussen veranderen in opofferingsschakels die de vezel extra sterkte geven. Wanneer er een impact optreedt, die opofferende schakels absorberen energie en breken om de algehele integriteit van de vezel te behouden - vergelijkbaar met zijde-eiwitten, " legt onderzoeker Gosselin uit.

In een artikel gepubliceerd in 2015 Het team van professor Gosselin demonstreerde de principes achter de productie van deze vezels. De laatste Celrapporten Fysische Wetenschap artikel onthult hoe deze vezels zich gedragen wanneer ze met elkaar verweven zijn om de vorm van een web aan te nemen.

Studie hoofdauteur Shibo Zou, maakte van de gelegenheid gebruik om te illustreren hoe zo'n web zich zou kunnen gedragen als het zich in een beschermend scherm bevindt. Na het inbedden van een reeks banen in transparante harsplaten, hij voerde botsproeven uit. Het resultaat? Plastic wafels verspreidden tot 96% van de impactenergie zonder te breken. In plaats van te kraken, ze vervormen op bepaalde plaatsen, behoud van de algehele integriteit van de wafels.

Volgens professor Gosselin, deze door de natuur geïnspireerde innovatie zou kunnen leiden tot de productie van een nieuw type kogelvrij glas, of leiden tot de productie van duurzamere plastic beschermende smartphoneschermen. "Het kan ook in de luchtvaart worden gebruikt als beschermende coating voor vliegtuigmotoren, " merkt professor Gosselin op. Ondertussen hij is zeker van plan de mogelijkheden te onderzoeken die deze benadering voor hem kan openen.