Spiderweb-inspired, transparent, impact-absorbing composite

Shibo Zou, Daniel Therriault, Frederick Gosselin

Article de revue (2020)

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Résumé

Transparent materials with high impact absorption are required for many safety-critical engineering systems. Existing transparent tough composites have increased impact resistance but often fail catastrophically because of poor impact absorption. We propose a transparent impact-absorbing composite that reproduces the toughening mechanism involving sacrificial bonds and hidden lengths in spider silk. Our material consists of an elastomer matrix and an instability-assisted, 3D-printed, bidirectional fabric of microstructured fibers with sacrificial bonds and alternating loops. Under impact, the hidden loops unfold after bond breaking and matrix cracking, resisting impactor penetration with graceful failure. The large-scale plastic deformation of the unfolding loops significantly increases energy dissipation and leads to hysteresis of 95.6% (dissipated energy/total absorbed energy × 100%), minimizing the released elastic energy and reducing the rebounding damage. Our approach opens a new avenue for designing and manufacturing transparent high-energy-absorbing composites for impact protection applications.

Mots clés

Organismes subventionnaires:
CRSNG/NSERC, Fonds de recherche du Québec – Nature et technologies (FRQNT), Canadian Foundation for Innovation
Numéro de subvention:
175791953, 63014
Adresse URL de PolyPublie:
Titre de la revue :
Cell Reports Physical Science ( vol. 1 , no 11 )
Maison d'édition:
Elsevier
OAI:
oai:publications.polymtl.ca:9279
ORCID
Date du dépôt:
09 sept. 2022 15:20
Dernière modification:
22 oct. 2026 12:06
Citer en APA 7:
Zou, S., Therriault, D., & Gosselin, F. (2020). Spiderweb-inspired, transparent, impact-absorbing composite. Cell Reports Physical Science, 1(11), 100240 (17 pages). https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2020.100240

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