گروهی از پژوهشگران از دانشگاه نیو همپشایر در آمریکا نشان دادند که چگونه پوسته دانه های برخی گیاهان (در این پژوهش از پوسته دانه خرفه استفاده شده است) می توانند برای ساخت مواد جدید انعطاف پذیر که قوی و مقاوم هستند، کمک کنند. به وسیله پرینتر سه بعدی، نمونه اولیه یک ماده مرکب بر پایه ساختار های موزاییکی پوسته ی دانه ها ساخته شد که به میزان کافی جهت استفاده در زره های فردی، پوسته ها و حتی پنل های هواپیما، قدرتمند است.
پوسته دانه گیاه از دانه محافظت می کند اما باید به اندازه کافی نرم باشد تا دانه بتواند جوانه بزند که به معنی یک تغییر در خواص مکانیکی است. بلوک های سازنده پوسته، سلول های اپیدرمال به شکل ستاره هستند که جهت حرکت از مفصل های زیگ زاگی بین سلولی استفاده می کنند. این سلول ها یک پوسته محکم و کاشی کاری شده را می سازد که از پوسته در مقابل خرابی و تنش های محیطی شامل خشکسالی و یخ زدگی و نیز آلودگی باکتری محافظت می کند.
تصویری از سلول های پوسته دانه ی گیاه خرفه و ساختار موجی مرز سلول ها.
محققان به دنیال ایجاد یک معماری برای یک ماده ی هوشمند بودند که همزمان از استحکام و چقرمگی پوسته دانه بهره مند باشد، افزون بر اینکه انعطاف پذیری لازم برای بکارگیری در کاربرد های متعددی را داشته باشد. آنها نتیجه پژوهش خود را در مجله Advanced Materials به چاپ رساندند. آنها میکروساختار پوشش های دانه ها را آزمودند تا آگاهی خود را در مورد برهمکنش بین ویژگی های ساختاری و عملکرد پوسته دانه بالا ببرند. آنها پی بردند که موجی بودن ساختارهای ستاره ای در مرز سلول ها، یا به بیان دیگر دوخت مزاییکی آنها، برای پاسخ های مکانیکی این ماده حیاتی است. مرز دانه ها هر چه بیشتر مواج باشد، بهتر تنش از مرز بخش نرم موجی به فاز سخت منتقل می شود و چقرمگی ارتقا می یابد.
بکارگیری اصول طراحی می تواند پتانسیل بالایی برای ارتقا قابل ملاحظه عملکرد کامپوزیت های کاشی کاری شده ی ساخته بشر بدهد. از آنجایی که خواص مکانیکی نمونه اولیه با تغییر موجی بودن در بازه ی وسیعی تغییر می کند، این تیم امید دارد که این موضوع بتواند راهی را برای ساخت کامپوزیت های جدید با عملکرد درجه بندی شده برای اهداف محافظت و جذب و از بین بردن انرژی ایجاد کنند.
لینک مقاله جهت مطالعه بیشتر:
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201800579
