Морские губки вдохновили ученых на создание сверхпрочного материала
Особое внимание специалистов привлекла губка вида Euplectella aspergillum, или Корзинка Венеры. Ее скелет формирует двойную решетчатую структуру, которая не только обеспечивает высокую прочность, но и демонстрирует ауксетические свойства — способность сжиматься при воздействии нагрузки, а не расширяться, как большинство материалов. «Обычные материалы, например, резина, становятся тоньше при растяжении и толще при сжатии. Материалы-ауксетики ведут себя противоположным образом», — объясняет автор исследования, доктор Дзяомин Ма.
Проанализировав природную структуру морской губки, ученые обнаружили, что комбинация решеток в ее скелете позволяет материалу поглощать больше энергии и выдерживать большее напряжение перед деформацией. Дизайн, основанный на строении морской губки, обеспечивает в 13 раз большую жесткость конструкции, при этом такой материал на 10% эффективнее поглощает энергию и может растягиваться на 60% больше перед тем, как разрушиться. Эти характеристики могут стать настоящей революцией в строительной индустрии.
Чтобы проверить свои расчеты, ученые напечатали на 3D-принтере тестовые образцы из термопластичного полиуретана. Следующим шагом исследования будет изготовление металлических версий этой структуры и тестирование их в сочетании с бетоном. Если результаты окажутся успешными, новый материал сможет стать, с одной стороны, экологичной, а с другой — невероятно прочной альтернативой традиционному железобетону.
«Благодаря уникальной комбинации ауксетических свойств, жесткости и способности поглощать энергию, можно создавать строительные материалы из гораздо меньшего количества стали и цемента, и это буквально новое слово в экологичном строительстве будущего», — говорит доктор Ма. Кроме того, материалы с такой структурой могут эффективно гасить вибрации, то есть из них можно будет строить здания, которым не страшны землетрясения.
Несмотря на то, что строительство — очевидно основная сфера применения нового материала, перспективы разработанной учеными технологии не ограничиваются им. Ученые уверены, что решетчатая структура, напоминающая морскую губку, может пригодиться в производстве спортивной экипировки или медицинских изделий. Легкие и при этом сверхпрочные материалы могут обеспечить безопасность спортсменов на высоком уровне не создавая при этом избыточной нагрузки на тело, как многие существующие в настоящий момент материалы. В сфере медицинских устройств, требующих сочетания гибкости и надежности, новый материал тоже непременно найдет свое применение.
Ранее ученые разработали суперпрочный бетон, вдохновляясь строением человеческих костей.
