螳螂虾是一个非常可怕的敌人。 虽然它们既不是虾也不是螳螂,但这种海洋甲壳类动物的长度约为 10 厘米(4 英寸),难以置信的眼睛这样可以见癌症,还有一只像棍棒一样的手,可以在海洋中以最快的速度出拳。
我们说的是每秒 23 米,每次出拳产生 1,500 牛顿的力量。
“想象一下,以这样的速度击打墙壁几千次,而拳头却不会折断。”加州大学材料科学家 David Kisailus 说道。
“这真是令人印象深刻,它让我们思考这会是怎样的。”
经过仔细检查,研究小组发现了一些令人惊奇的事情——发现螳螂虾具有耐冲击的纳米颗粒涂层,可以让它肆无忌惮地进行拳击,而涂层则负责吸收和耗散能量。
如果您错过了有关这些小型打孔机的宣传,某些种类的螳螂虾能够像弹簧锤一样使用它们的爪子。
刹那间,这些“粉碎者”(是的,这就是技术术语)攻击身体坚硬的猎物,如蜗牛和螃蟹,将坚硬的软体动物外壳像鸡蛋一样敲开。
这都是众所周知的。 过去的研究探讨了俱乐部如此有效的方式,有些研究甚至使用螳螂虾来激发灵感全新材料。
“这些研究表明,矿化α-甲壳素纤维的螺旋排列与矿化梯度产生的人字形结构相结合,可以使裂纹扩展偏转和扭曲,”该团队在一篇新论文中对此进行了解释。
“尽管上述研究提供了对俱乐部增韧机制的见解,但与螳螂虾的原生环境中遇到的类似的多次高应变率冲击的影响仍然未知。”
研究小组使用透射电子和原子力显微镜对孔雀螳螂虾的表面进行了极其近距离的观察。齿指齿鲨)俱乐部,发现涂层是由一种称为“矿物”的致密基质制成的羟基磷灰石形成纳米晶体结构。
当球杆撞击表面时,羟基磷灰石本身会旋转,但纳米晶体结构会破裂,然后缓慢重组。
“在相对较低的应变率下,颗粒几乎像棉花糖一样变形,并在应力缓解时恢复,”基塞卢斯说,而在高应变下,“颗粒在纳米晶体界面处变硬并破裂。当你破坏某些东西时,你就会打开新的表面,从而耗散大量的能量。”
这种机制确实令人印象深刻,击败了许多工程材料刚性和减震,它在未来可能会有一些令人难以置信的应用。
“这是一种罕见的组合,其性能优于大多数金属和技术陶瓷,”基塞卢斯说道。
“我们可以想象如何设计类似的颗粒,以添加增强的保护表面,用于汽车、飞机、橄榄球头盔和防弹衣。”
该研究发表于自然材料。