Эта комплексная оценка дает новое вдохновение и понимание принципов проектирования, которые могут привести к более эффективным синтетическим подходам для современных легких конструкционных материалов для транспорта, зданий, батарей и преобразования энергии.В мире природы многие конструкционные материалы (дерево, ракушки, кости и т. Д.) Представляют собой гибридные материалы, состоящие из простых компонентов, которые собираются при температуре окружающей среды и часто обладают замечательными свойствами. Несмотря на то, что составляющие материалы обычно имеют плохие внутренние свойства, превосходные внешние свойства гибридных материалов являются результатом расположения твердых и мягких фаз в сложной иерархической архитектуре с размерами от наномасштаба до макромасштаба. Полученные материалы легкие и обычно демонстрируют интересные комбинации прочности и ударной вязкости, хотя эти два ключевых структурных свойства обычно исключают друг друга.
Относительно легко сделать материалы, которые являются прочными или жесткими, но трудно сделать материалы, которые являются одновременно прочными.Ученые рассматривают общие дизайнерские мотивы ряда природных конструкционных материалов и извлеченные уроки, понимая, как компоненты конструкции работают вместе, чтобы производить материалы с превосходными свойствами. Авторы определили две фундаментальные проблемы в области биоинспирированных материалов: (1) подходы к использованию природных мотивов дизайна в более широком диапазоне комбинаций материалов и (2) практические методы для создания прочных, жестких объемных материалов.
Технологии будущего, вдохновленные природой, включают передовое аддитивное производство (например, 3D-печать) и литье.Эта работа была поддержана Министерством энергетики, Управлением науки, Управлением фундаментальных энергетических наук (LBNL); Национальный научный фонд (Дартмутский университет); и Европейская комиссия (Имперский колледж).