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  Topological interlocking and geometric stiffening as complementary strategies for strong plant shells

Huss, J. C., Antreich, S. J., Bachmayr, J., Xiao, N., Eder, M., Konnerth, J., & Gierlinger, N. (2020). Topological interlocking and geometric stiffening as complementary strategies for strong plant shells. Advanced Materials, 32(48):. doi:10.1002/adma.202004519.

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基本情報

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アイテムのパーマリンク: https://hdl.handle.net/21.11116/0000-0007-48BB-6 版のパーマリンク: https://hdl.handle.net/21.11116/0000-0007-7E8C-F
資料種別: 学術論文

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Article.pdf (出版社版), 4MB
ファイルのパーマリンク:
https://hdl.handle.net/21.11116/0000-0007-7E8D-E
ファイル名:
Article.pdf
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OA-Status:
Hybrid
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MIMEタイプ / チェックサム:
application/pdf / [MD5]
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著作権日付:
-
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作成者

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 作成者:
Huss, Jessica C.1, 著者           
Antreich, Sebastian J., 著者
Bachmayr, Jakob, 著者
Xiao, Nannan, 著者
Eder, Michaela1, 著者           
Konnerth, Johannes, 著者
Gierlinger, Notburga, 著者
所属:
1Michaela Eder, Biomaterialien, Max Planck Institute of Colloids and Interfaces, Max Planck Society, ou_1863293              

内容説明

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キーワード: 3D imaging, pericarp, synzoochory, testa, tissue and shell mechanics
 要旨: Abstract Many organisms encapsulate their embryos in hard, protective shells. While birds and reptiles largely rely on mineralized shells, plants often develop highly robust lignocellulosic shells. Despite the abundance of hard plant shells, particularly nutshells, it remains unclear which fundamental properties drive their mechanical stability. This multiscale analysis of six prominent (nut)shells (pine, pistachio, walnut, pecan, hazelnut, and macadamia) reveals geometric and structural strengthening mechanisms on the cellular and macroscopic length scales. The strongest tissues, found in walnut and pistachio, exploit the topological interlocking of 3D-puzzle cells and thereby outperform the fiber-reinforced structure of macadamia under tensile and compressive loading. On the macroscopic scale, strengthening occurs via an increased shell thickness, spherical shape, small size, and a lack of extended sutures. These functional interrelations suggest that simple geometric modifications are a powerful and resource-efficient strategy for plants to enhance the fracture resistance of entire shells and their tissues. Understanding the interplay between structure, geometry, and mechanics in hard plant shells provides new perspectives on the evolutionary diversification of hard seed coats, as well as insights for nutshell-based material applications.

資料詳細

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言語: eng - English
 日付: 2020-10-202020
 出版の状態: 出版
 ページ: -
 出版情報: -
 目次: -
 査読: -
 識別子(DOI, ISBNなど): DOI: 10.1002/adma.202004519
BibTex参照ID: doi:10.1002/adma.202004519
 学位: -

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出版物 1

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出版物名: Advanced Materials
  その他 : Adv. Mater.
種別: 学術雑誌
 著者・編者:
所属:
出版社, 出版地: Weinheim : Wiley-VCH
ページ: - 巻号: 32 (48) 通巻号: 2004519 開始・終了ページ: - 識別子(ISBN, ISSN, DOIなど): ISSN: 0935-9648