| 갯가재, 소라게 구조 연구를 통해 새로운 생체공학 재료 설계 방법 제시 | ||
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  중국과학기술대학교 중국과학원 재료역학거동ㆍ설계중점실험실 Luo Tianzhi(駱天治) 교수 연구팀은 우한대학교 Wang Zhengzhi(王正直), Zhang Zuoqi(張作啟) 연구팀과 공동으로 다양한 실험기법을 종합적으로 이용하여 방어 기능이 있는 갯가재 꼬리가시(창)와 소라게 왼쪽 집게발(방패)에 대한 나노미터 스케일에서 센티미터 스케일에 이르는 화학적 기울기, 미세 구조와 역학적 성능 간의 상관관계를 규명하였다. 아울러 유한요소 분석과 3D 프린팅 기술을 통해 두 가지 구조의 강인화 메커니즘과 구조 최적화 원리를 확인했다. 해당 연구 성과는 국제학술지 "ACS Applied Materials and Interface"와 "Biomaterials"에 게재되었다. 생물계에 존재하는 많은 경사 기능 재료는 다양한 생체공학 재료 설계를 위한 원리를 제공한다. 갯가재 꼬리가시의 외골격은 4개의 서로 다른 구조층을 포함하며 각 층은 모두 서로 다른 미세 구조와 화학 성분 특성을 보유한다. 이러한 층상 구조의 국부적인 역학적 성능은 미세 구조 및 화학 성분과 밀접한 관련이 있으며 이들의 조합은 균열의 확장을 효과적으로 제한함과 아울러 변형 과정의 변형 에너지 방출을 극대화하고 구조의 전체 인성 및 강도를 향상시킨다. 연구팀은 3D 프린팅 기술을 이용하여 여러 꼬리가시의 생체공학 미세 구조를 구축하고, 역학 테스트를 통해 Bouligand 구조와 방사상 평행층상 구조의 조합이 구조의 전반적인 인성과 강도를 크게 향상시킬 수 있음을 확인했다. 해당 설계 개념은 고강도 및 고인성 생체모방 복합재료의 제조를 위한 새로운 방법을 제시했다. 소라게 왼쪽 집게발의 외골격은 5개 층으로 나뉘며 마찬가지로, 이러한 층상 구조의 국부적인 역학적 성능은 미세 구조 및 화학 성분과 밀접한 관련이 있다. 특히, 구조에서 3차원 직교 배열의 키틴질 섬유는 브리징 및 발출 메커니즘을 통해 재료의 균열 인성을 효과적으로 향상시킨다. 왼쪽 집게발의 둥근천장 형태의 국부 곡률과 샌드위치 모양의 층간 역학적 성능 분포는 와부 공격에 저항하기 위한 최적화된 역학적 성능을 제공하고 구조의 변형 및 계면 응력을 크게 줄이여 효과적인 보호 기능을 보여주었다. 이는 내충격 구조의 최적화 설계를 위한 새로운 아이디어를 제공한다. 정보출처 : http://digitalpaper.stdaily.com/http_www.kjrb.com/kjrb/html/2021-05/11/content_467422.htm?div=-1 |
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