Projeto racional bioinspirado de interfaces duras-moles impressas em 3D

A interconexão durável de materiais duros e macios é um grande desafio de design causado pelas concentrações de estresse resultantes. Na natureza, interfaces duras-moles exibem desempenho mecânico notável, com falhas raramente ocorrendo na interface. Aqui, mimetizamos as estratégias observadas na natureza para projetar interfaces duras-moles eficientes. Baseamos nossos designs geométricos em superfícies mínimas triplicadas periódicas (ou seja, Octo, Diamante e Gyroid), hélices triplas semelhantes ao colágeno e partículas distribuídas aleatoriamente. Uma combinação de simulações computacionais e técnicas experimentais, incluindo testes de tração uniaxial e testes de cisalhamento em quad-lap, são usados para caracterizar o desempenho mecânico das interfaces. Nossas análises sugerem que conexões interdigitadas suaves, transições graduais flexíveis e concentrações de deformação decrescentes ou restritivas levam a interfaces simultaneamente fortes e duras. Geramos interfaces adicionais onde os mecanismos de endurecimento mencionados funcionam de forma sinérgica para criar interfaces duras-moles com resistências próximas ao limite superior alcançável e aumentando os valores de tenacidade em 50%, em comparação ao grupo controle.