journal article·2018-08

On the Materials Science of Nature's Arms Race

Zengqian Liu, Zhefeng Zhang, Robert O. Ritchie

Advanced Materials· Volume 30· Issue 32
Publisher page

Abstract

Abstract Biological material systems have evolved unique combinations of mechanical properties to fulfill their specific function through a series of ingenious designs. Seeking lessons from Nature by replicating the underlying principles of such biological materials offers new promise for creating unique combinations of properties in man‐made systems. One case in point is Nature's means of attack and defense. During the long‐term evolutionary “arms race,” naturally evolved weapons have achieved exceptional mechanical efficiency with a synergy of effective offense and persistence—two characteristics that often tend to be mutually exclusive in many synthetic systems—which may present a notable source of new materials science knowledge and inspiration. This review categorizes Nature's weapons into ten distinct groups, and discusses the unique structural and mechanical designs of each group by taking representative systems as examples. The approach described is to extract the common principles underlying such designs that could be translated into man‐made materials. Further, recent advances in replicating the design principles of natural weapons at differing lengthscales in artificial materials, devices and tools to tackle practical problems are revisited, and the challenges associated with biological and bioinspired materials research in terms of both processing and properties are discussed.
Source: crossref · Quality: baseline

Research context

OpenAlex topics: Calcium Carbonate Crystallization and Inhibition · Cephalopods and Marine Biology · Silk-based biomaterials and applications

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

Affiliations

Shenyang National Laboratory for Materials Science Institute of Metal Research Chinese Academy of Sciences Shenyang 110016 China

Department of Materials Science and Engineering University of California Berkeley Berkeley CA 94720 USA

Funding

Air Force Office of Scientific Research · University of California Berkeley · National Natural Science Foundation of China

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