Dans une étude récemment publiée dans Examen scientifique national, les chercheurs ont utilisé des techniques d’imagerie multi-échelles (y compris le microscope optique, le microscope à rayons X (micro-CT), le microscope électronique à balayage et le microscope à force atomique, etc.) pour caractériser scientifiquement la microstructure à base de fibres du nœud de bambou court. Les résultats des expériences ont révélé que le nœud de bambou peut être considéré comme un composite renforcé de fibres spatialement hétérostructuré et hiérarchique.
Dans le détail, le nœud de bambou est composé de trois parties : chaume de nœud de bambou, diaphragme et zone de transition nœud chaume-diaphragme. Différentes parties présentent des arrangements de fibres différents, ce qui reflète probablement la capacité des matériaux structuraux biologiques à allouer de manière optimale des ressources limitées pour répondre aux défis environnementaux externes.
Les chercheurs ont tenté de proposer trois types de schémas de conception structurelle renforcés de fibres caractéristiques basés sur le nœud de bambou à base de fibres. Il s’agit de la structure spatialement imbriquée au sommet du nœud, de la structure d’échafaudage interconnectée triaxiale au niveau de la zone de transition nœud-diaphragme et de la structure entrelacée isotrope au niveau du diaphragme central.
Non limités aux découvertes structurelles, les chercheurs ont validé l’efficacité structurelle sur le renforcement mécanique par des expériences mécaniques multimodales (telles que l’essai de compression, l’essai de flexion à trois points et l’essai de fendage) et la simulation (modélisation par éléments finis).
Certaines fibres telles que les fibres transversales et bifurquées (interverrouillées avec les fibres axiales) dans le chaume du nœud et les fibres circonférentielles dans la zone de transition chaume-diaphragme du nœud se révèlent essentielles pour la stabilité structurelle et le renforcement mécanique, qui présentent des mécanismes de renforcement et de durcissement élégants. tels que l’extraction et le pontage des fibres, la déviation et l’arrêt des fissures. Ces découvertes sur les organisations de fibres ont des implications pour la conception de matériaux composites d’ingénierie et la conception de connexions de structures hétérogènes.
De manière intéressante, ces fibres disposées multidirectionnelles agissent non seulement comme des renforts mécaniques mais ont également des pores ou des canaux hiérarchisés pour faciliter le transport des fluides. Les chercheurs ont habilement compris les propriétés de renforcement structurel et de transport de liquide du nœud de bambou, puis ont construit un type de dispositif d’évaporation d’eau avec une stabilité structurelle élevée et d’excellentes performances en l’utilisant. Le dispositif conçu promet d’atténuer la grave pénurie d’eau douce.
En résumé, ce travail élargit la compréhension du public du monde naturel et des matériaux structuraux biologiques. En outre, cela a des implications importantes pour le développement de matériaux structuraux avancés à base de fibres et l’application de la biomasse.
Plus d’information:
Si-Ming Chen et al, Nœud de bambou mécaniquement robuste et sa conception structurelle fibreuse hiérarchique, Examen scientifique national (2022). DOI : 10.1093/nsr/nwac195