Les matériaux bio-inspirés présentent un potentiel pour les équipements de protection et les textiles

Les matériaux bio-inspirés (BIM) sont des matériaux synthétiques dont la structure et les propriétés se rapprochent des matériaux naturels ou de la matière vivante. Ces matériaux ont le potentiel de faire progresser les matériaux structurels, les textiles et les équipements de protection en raison de leur durabilité et de leurs propriétés d’auto-guérison.

Le Dr Vanessa Restrepo, professeure adjointe au département de génie mécanique J. Mike Walker ’66, et son équipe du laboratoire de matériaux bio-inspirés (BIM) visent à créer des matériaux bio-inspirés aux comportements améliorés en se concentrant sur la nature des protéines. développer des composites à liaisons sacrificielles (liaisons qui se brisent avant que le lien structurel principal ne soit rompu) en utilisant des matériaux adhésifs non linéaires.

Cet article a été publié dans Matériaux et conception.

Cette recherche pourrait avoir un impact significatif sur les infrastructures câblées électriques dans des conditions météorologiques défavorables. Grâce à ces matériaux, les câbles pourraient s’étirer et s’étendre pour supporter le poids supplémentaire de l’accumulation de glace ou des chutes soudaines d’arbres causées par des vents violents. Cette flexibilité pourrait empêcher la rupture des câbles, ce qui signifierait moins d’interruptions du service électrique.

« Notre engagement reste dédié à l’avancement des matériaux bioinspirés et de leurs applications dans diverses industries », a déclaré Restrepo. « Nous sommes enthousiasmés par l’impact potentiel de ces matériaux et leur contribution au développement de produits plus résilients et plus durables. »

Selon Restrepo, les adhésifs non linéaires font référence à un comportement force-déplacement qui s’écarte d’un chemin bilinéaire, contrairement aux adhésifs conventionnels. Contrairement aux adhésifs traditionnels, la relation force-déplacement des adhésifs non linéaires ne suit pas un modèle simple en deux étapes. Au lieu de cela, il présente un comportement plus complexe et variable à mesure que des forces externes sont appliquées.

Pour aborder cette recherche, Restrepo utilise une stratégie à échelle croisée, intégrant des matériaux adhésifs non linéaires et des aimants opposés pour former des composites de liaison sacrificielle similaires à ceux trouvés dans les protéines telles que l’interface de la nacre, qui est une brique multicouche et- mortier matériau naturel 3000 fois plus résistant à la rupture que ses constituants.

Leur approche implique l’utilisation de composites à liaison sacrificielle qui imitent les mécanismes biologiques naturels, permettant la dissipation de l’énergie et l’auto-guérison en cas de défaillance mécanique. La charge externe brise les liaisons sacrificielles des composites à liaisons sacrificielles, et les aimants opposés rassemblent l’interface séparée, permettant le reformage de ses liaisons sacrificielles et l’auto-réparation du composite après avoir subi de fortes contraintes.

« Cela diffère considérablement des matériaux actuels qui ne possèdent pas ces capacités intrinsèques d’auto-réparation, ce qui donne lieu à des produits à usage unique et jetables », a-t-elle déclaré. « Notre projet de recherche examine la possibilité de créer des mécanismes de dissipation d’énergie auto-réparateurs polyvalents, tels que les antichutes. »

L’incorporation de ces matériaux innovants pourrait donner lieu à des produits plus durables, plus rentables et plus durables, nécessitant un remplacement moins fréquent, ce qui aboutirait éventuellement au développement de matériaux autoréparables utilisés dans divers articles du quotidien, tels que les équipements de protection et les textiles.

Le laboratoire BIM s’est associé au Dr Ramses Martinez, professeur agrégé à l’Université Purdue, pour mener cette recherche. Cette méthode a été récemment brevetée par Restrepo et son équipe.