Eine Fangschreckenkrebse. (Dorothea OLDANI/Unsplash) Die Fangschreckenkrebse sind ein ziemlich furchteinflößender Feind. Obwohl es sich weder um eine Garnele noch um eine Gottesanbeterin handelt, hat dieses Meereskrebstier, das nur etwa 10 Zentimeter lang ist, es doch unglaubliche Augen das kann siehe Krebs und eine keulenartige Hand, die die schnellsten Schläge im Meer ausführen kann.
Wir sprechen von 23 Metern pro Sekunde und einer Kraft von 1.500 Newton pro Schlag.
„Denken Sie daran, bei dieser Geschwindigkeit ein paar tausend Mal gegen eine Wand zu schlagen, ohne sich dabei die Faust zu brechen.“ sagte David Kisailus, Materialwissenschaftler der University of California.
„Das ist ziemlich beeindruckend und hat uns zum Nachdenken gebracht, wie das sein könnte.“
Bei näherer Betrachtung fand das Team etwas Erstaunliches: Es stellte fest, dass die Fangschreckenkrebse über eine schlagfeste Nanopartikelbeschichtung verfügen, die es ihr ermöglicht, rücksichtslos zuzuschlagen, während die Beschichtung die harte Arbeit der Energieabsorption und -ableitung übernimmt.
Falls Sie den Hype um diese kleinen Stanzmaschinen verpasst haben: Einige Fangschreckenkrebsarten haben die Fähigkeit, ihre Klaue wie einen federbelasteten Hammer zu benutzen.
Im Bruchteil einer Sekunde diese Zertrümmerer ( Ja, das ist der Fachbegriff ) schlagen auf ihre robusten Beutetiere wie Schnecken und Krabben ein, um die harten Muschelschalen aufzubrechen, als wären sie Eier.
Das ist alles bekannt. Frühere Untersuchungen haben untersucht, wie der Club so effektiv ist, und einige Studien haben sogar die Fangschreckenkrebse als Inspiration genutzt völlig neues Material .
„Diese Studien ergaben, dass eine helikoidale Anordnung mineralisierter Alpha-Chitin-Fasern in Kombination mit einer Fischgrätenarchitektur, die aus einem Mineralisierungsgradienten resultiert, die Rissausbreitung ablenken und verdrehen kann.“ erklärt das Team in einem neuen Papier.
„Obwohl die oben genannten Studien Einblicke in die Mechanismen der Abhärtung in der Keule liefern, sind die Auswirkungen mehrerer Stöße mit hoher Belastungsrate, ähnlich denen, die in der natürlichen Umgebung der Fangschreckenkrebse auftreten, noch nicht bekannt.“
Das Team nutzte Transmissionselektronen- und Rasterkraftmikroskopie, um einen außergewöhnlich genauen Blick auf die Oberfläche der Fangschreckenkrebse zu werfen ( Odontodactylus scyllarus ) Club und fanden heraus, dass die Beschichtung aus einer dichten Matrix eines Minerals namens besteht Hydroxylapatit zu einer Nanokristallstruktur geformt.
Wenn der Schläger auf eine Oberfläche geschlagen wird, dreht sich das Hydroxylapatit selbst, aber die Nanokristallstruktur bricht und formiert sich dann langsam neu.
„Bei relativ niedrigen Dehnungsraten verformen sich die Partikel fast wie ein Marshmallow und erholen sich, wenn die Spannung nachlässt.“ sagt Kisailus Bei hoher Belastung versteifen sich die Partikel und brechen an den nanokristallinen Grenzflächen. „Wenn man etwas zerbricht, öffnet man neue Oberflächen, die erhebliche Energiemengen verbrauchen.“
Dieser Mechanismus ist wirklich beeindruckend und übertrifft viele technische Materialien Steifheit Und Dämpfung , und es könnte in Zukunft einige unglaubliche Anwendungen haben.
„Es ist eine seltene Kombination, die die meisten Metalle und technischen Keramiken übertrifft“, Sagte Kisailus.
„Wir können uns Möglichkeiten vorstellen, ähnliche Partikel zu entwickeln, um verbesserte Schutzoberflächen für den Einsatz in Autos, Flugzeugen, Football-Helmen und Körperpanzern hinzuzufügen.“
Die Forschung wurde veröffentlicht in Naturmaterialien .