Modern endüstri, koruyucu yapısal malzemelerin çok boyutlu performans tasarımını gerektirmektedir. Doğada birçok organizma, savunma için gerekli mekanik dayanımı korurken aynı zamanda kamuflaj etkileri de elde eder. Bunlar arasında nacre (sedef), sofistike çok seviyeli mikro yapısı sayesinde, onu oluşturan bileşenlerin çok ötesinde bir kırılma tokluğu sergiler. Bu yapısal tasarımın mühendislik malzeme sistemlerine etkin biçimde nasıl uygulanacağı ise hala bir zorluk olarak durmaktadır.
Advanced Materials dergisinde yayımlanan bir çalışmada, Çin Bilimler Akademisi’ne bağlı Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’nden (USTC) Akademisyen YU Shuhong liderliğindeki bir araştırma ekibi, nacre benzeri alümina (Al₂O₃) esaslı (NMA) kompozitler için yapı–fonksiyon bütünleşik bir tasarım raporladı. Bu NMA kompozit malzeme, benzersiz renk ayarlanabilirliği ve mükemmel dalga geçirgenliğinin yanı sıra; hafiflik, yüksek dayanım, yüksek tokluk ve üstün darbe direnci özelliklerini de bir arada sunmaktadır.
Araştırmacılar, çift oksitli bir ara yüz tasarım stratejisi önerdi. Alümina mikro-plakalar (MP’ler) arasında mineral köprü yapıları oluşturarak mekanik dayanım ve tokluk önemli ölçüde artırıldı. MP ara yüzünün kimyasal bileşimi, katı faz reaksiyonları yoluyla düzenlenerek kontrollü renklendirme sağlandı.
Buna ek olarak, araştırmacılar öz buharlaşma montajı ve yüksek sıcaklık sinterleme yoluyla yeni bir NMA kompozit türü hazırladı. Bu biyomimetik kompozitin kırılma tokluğunun, ticari alümina seramiklerin üç katından fazla olduğu; absorbe edilen darbe enerjisinin ise ticari alümina seramiklerin dört katından fazla seviyeye ulaştığı belirlendi.
NMA kompozitlerin elektromanyetik (EM) dalga iletimi açısından elverişli yapısal koşulları dikkate alınarak, EM dalga iletimi için yeni bir tasarım önerildi. Katmanlı seramik iskelet ve düşük dielektrik sabitine sahip polimerin oluşturduğu mikron ölçekli dalga iletim kanalları ile tek kristalli alüminyum oksit MP’lerin optik ekseninin dikey yönlenmesi sayesinde dalga iletimi daha verimli hâle geldi.
Bu çalışma, mekanik özellikler ile EM iletim performansının eş zamanlı olarak güçlendirilmesini gerçekleştirerek; havacılık, seyrüsefer ve elektronik alanlarındaki gelecekteki uygulamalar için bir platform sunmaktadır.
