Ingenieure „verknoteten“ strapazierfähiges Material aus Fäden, die dünner als ein Haar waren

Ingenieure am California Institute of Technology haben Materialien entwickelt, die aus vielen Materialien bestehen

miteinander verbundene Mikroknoten.Die neue Struktur absorbiert mehr Energie und kann sich stärker verformen, das Material kehrt jedoch ohne Beschädigung in seine ursprüngliche Form zurück. Die Entwicklung eignet sich für die Biomedizin und die Luft- und Raumfahrtindustrie.

Die Struktur des Materials mit einem hierarchischen Gitter indie Form eines Oktaeders, wobei jede Elementarzelle aus drei Rauten besteht. Die Raute besteht aus zwei knorrigen Fasern, die in verschiedenen Farben gefärbt sind. Bild: Widianto P. Moestopo et al., Science Advances

Die Struktur des Polymermaterials istein Netzwerk aus Nanofasern, die zu Knoten verbunden sind. Der Radius eines solchen Fadens beträgt nur 1,7 Mikrometer (etwa 100-mal dünner als ein menschliches Haar), und die Dicke des Knotens beträgt 70 Mikrometer. Die Knoten wurden nicht geknüpft, sondern in einem geknoteten Zustand unter Verwendung fortschrittlicher hochauflösender 3D-Lithographie hergestellt, die in der Lage ist, Strukturen im Nanomaßstab zu erzeugen.

Knotenmaterialien aus Polymeren,haben eine Zugfestigkeit, die klassischen Materialien weit überlegen ist. Eine Untersuchung der Muster zeigte, dass Materialien mit Knoten im Vergleich zu ihren klassischen Pendants 92 % mehr Energie absorbieren und doppelt so viel Kraft benötigen, um unter Spannung zu brechen.

Zugfestigkeitsprüfung von geknoteten (links) und verflochtenen (rechts) Fäden. Bild: Caltech

In ihrer Studie stellten die Ingenieure vorTechnologie zum Drucken von Materialien aus mehreren einfachen Arten von Knoten. Beispielsweise sorgt ein zusätzlicher Drehknoten für Reibung, um zusätzliche Energie zu absorbieren, wenn das Material gedehnt wird. In Zukunft planen Wissenschaftler, Materialien zu erforschen, die aus komplexeren Knoten bestehen.

Die Fähigkeit, den Kompromiss zwischen zu überwindenMaterialverformbarkeit und Zugzähigkeit bieten neue Möglichkeiten, Geräte zu entwickeln, die extrem flexibel und langlebig sind und unter extremen Bedingungen betrieben werden können.

Vidianto P. Moestopo, Co-Autor der Studie

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