髪の毛より小さい結び目で、素材が異常に丈夫になる(Knots Smaller Than Human Hair Make Materials Unusually Tough)

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ナノ・マイクロアーキテクチャー材料の最新の進歩として、カリフォルニア工科大学のエンジニアは、多数の相互接続されたマイクロスケールの結び目からなる新材料を開発しました。 In the latest advance in nano- and micro-architected materials, engineers at Caltech have developed a new material made from numerous interconnected microscale knots.

2023-03-09 カリフォルニア工科大学(Caltech)

カリフォルニア工科大学(Caltech)の研究者らは、微細な結び目が、同じ構造の結び目のない材料よりも遥かに頑丈になることを示した。
この研究で使用されたナノスケールの結び目は、多くのエネルギーを吸収し、変形することができるが、元の形状に戻ることができる。
この新しい材料は、バイオ医学だけでなく、耐久性、可能性のある生体適合性、極端な変形性のために航空宇宙産業にも応用される可能性がある。これらの結び目は、高分子で作られたもので、複雑な結び目から構成される材料の可能性を探る予定だ。

<関連情報>

結び目は無駄にはならない:階層的に絡み合ったマイクロアーキテクト材料の設計、特性、トポロジー Knots are not for naught: Design, properties, and topology of hierarchical intertwined microarchitected materials

Widianto P. Moestopo,Sammy Shaker,Weiting Deng,Julia R. Greer
Science Advances  Published:8 Mar 2023
DOI:https://doi.org/10.1126/sciadv.ade6725

髪の毛より小さい結び目で、素材が異常に丈夫になる(Knots Smaller Than Human Hair Make Materials Unusually Tough)

Abstract

Lightweight and tough engineered materials are often designed with three-dimensional hierarchy and interconnected structural members whose junctions are detrimental to their performance because they serve as stress concentrations for damage accumulation and lower mechanical resilience. We introduce a previously unexplored class of architected materials, whose components are interwoven and contain no junctions, and incorporate micro-knots as building blocks within these hierarchical networks. Tensile experiments, which show close quantitative agreements with an analytical model for overhand knots, reveal that knot topology allows a new regime of deformation capable of shape retention, leading to a ~92% increase in absorbed energy and an up to ~107% increase in failure strain compared to woven structures, along with an up to ~11% increase in specific energy density compared to topologically similar monolithic lattices. Our exploration unlocks knotting and frictional contact to create highly extensible low-density materials with tunable shape reconfiguration and energy absorption capabilities.

1700応用理学一般
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