Sie sind zwar etwas mehr als 10 cm lang, aber Fangschreckenkrebse haben es in sich – sie sind in der Lage, ihre keulenartigen Vorderbeine mit 23 Metern pro Sekunde auszustrecken und sie mit der Wucht einer Gewehrkugel auf ihre Beute zu schmettern.
Doch trotz dieser enormen Wucht können die uralten Krebstiere Schlag auf Schlag werfen, ohne Schaden zu nehmen.
Jetzt haben Materialwissenschaftler an der University of California, Irvine, entdeckt, dass die Schläger eine einzigartig gestaltete Nanopartikelbeschichtung haben, die Energie absorbiert und ableitet.
Der Befund könnte erhebliche Auswirkungen auf technische Materialien in der Automobil-, Luft- und Raumfahrt- und Sportindustrie haben, sagen sie.
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„Denken Sie daran, bei diesen Geschwindigkeiten ein paar tausend Mal gegen eine Wand zu schlagen, ohne sich die Faust zu brechen“, sagte der leitende Forscher Professor David Kisailus. „Das ist ziemlich beeindruckend und hat uns zum Nachdenken angeregt, wie das sein könnte.“
Das Team verwendete Transmissionselektronen- (TEM) und Rasterkraftmikroskope, um die nanoskalige Architektur und die Materialien zu untersuchen, aus denen die Oberflächenschicht der Schläger besteht. Sie fanden heraus, dass die Nanopartikel aus verschlungenen organischen Nanokristallen aus Proteinen und Polysacchariden und anorganischen Calciumphosphat-Nanokristallen bestehen. Die anorganischen Nanokristalle sind wie Legosteine gestapelt, mit kleinen Unterschieden in der Ausrichtung, wo sie sich verbinden.
„Das hochauflösende TEM hat uns wirklich geholfen, diese Partikel zu verstehen, wie sie aufgebaut sind und wie sie auf verschiedene Arten von Stress reagieren. Bei relativ niedrigen Dehnungsraten verformen sich die Partikel fast wie ein Marshmallow und erholen sich, wenn die Spannung abgebaut wird“, sagte Prof. Kisailus.
„Die Partikel versteifen und brechen an den nanokristallinen Grenzflächen. Wenn Sie etwas zerbrechen, öffnen Sie neue Oberflächen, die erhebliche Mengen an Energie verbrauchen.“
Die Struktur könnte nachgeahmt und verwendet werden, um ähnliche Partikel zu konstruieren, um verbesserte Schutzoberflächen für den Einsatz in allem von Autos und Flugzeugen bis hin zu Fahrradhelmen und Körperschutz hinzuzufügen, sagen die Forscher.