Раковина моллюска вдохновила на создание сверхпрочного стекла | Наука 21 век

Наука 21 век » Раковина моллюска вдохновила на создание сверхпрочного стекла





Раковина моллюска вдохновила на создание сверхпрочного стекла

Январь 29th, 2014

Раковина моллюска вдохновила на создание сверхпрочного стеклаИнженеры, изучавшие причины жесткости раковины моллюска, которая состоит из хрупких минералов, придумали способ увеличить прочность стекла в 200 раз. Согласно исследованию, опубликованному в четверг в журнале Nature Communications, стекло, вопреки логике, упрочнили с помощью сети микроскопических трещин.  Команда ученых из университета Макгилла (Канада) начала свое исследование с тщательного изучения природных материалов, таких как раковина моллюска, кости и ногти, состоящих из хрупких минералов, но обладающих удивительной упругостью. Секрет в том, что эти минералы связаны друг с другом в более крупную и прочную структуру. Раковина содержит множество крошечных трещин называемых границами раздела. Раковина моллюска вдохновила на создание сверхпрочного стекла

На первый взгляд может показаться, что это ослабляет структуру, однако на практике это искусная защита от внешнего воздействия. Приведем один пример: блестящий внутренний слой раковины некоторых моллюсков, называемый перламутром, примерно в 3000 раз прочнее минералов, из которых он состоит.

«Упрочнение материала, путем создания границ раздела может показаться нелогичным, но на практике это универсальный и действенный способ в случае с естественными материалами», - говорится в научной статье.

Опираясь на полученные знания, ученые использовали 3D лазер, чтобы создать микроскопические трещины на стеклянных пластинах, наполненных полимером, и обнаружили, что они стали в 200 раз прочнее. Такое стекло лучше выдерживает воздействие и лишь слегка сгибается, но не трескается.

«Емкость, сделанная из обычного стекла, разобьется или потрескается, если ее уронить на пол. Емкость, сделанная из нашего стекла, лишь слегка деформируется не разбившись. Таким образом, ее можно использовать после одного или даже нескольких падений», - говорит соавтор исследования Франсуа Бартела (Francois Barthelat).

Гравированное таким образом стекло может «растягиваться» до 5%, прежде чем растрескается. Для сравнения, способность к деформации без разрушения у обычного стекла составляет всего 0,1%. Упрочненное стекло может применяться при создании пуленепробиваемых окон, очков или даже экранов смартфонов. Стекло очень функционально благодаря своей прозрачности, твердости, стойкости к химикатам и долговечности, но его основной недостаток - это хрупкость. По словам Бартела, новый метод борьбы с этим недостатком очень экономичный.

Он говорит: «Все что необходимо – это импульсный лазерный луч, который фокусируется на заранее определенных точках. Наша технология лазерной 3D гравировки может быть легко адаптирована для более крупных объектов различной формы».

Предыдущие попытки скопировать прочную структуру раковины моллюска основывались на создании новых материалов путем сборки очень мелких «строительных блоков». Это похоже на строительство микроскопической стены.

«Нашей задачей было взглянуть на проблему с другой стороны: начать изучение крупного блока материала, а не исходной микроструктуры, и выгравировать границы раздела», - говорит Бартела.

По материалам Phys. Org.

Егор Яковлев nauka21vek. ru