Раскрыта тайна самого прочного природного материала

Перламутр, радужный материал, покрывающий внутреннюю часть раковины мидий и других моллюсков, известен как самый прочный природный материал. Команда исследователей из Мичиганского университета раскрыла, как именно этот материал получил свойства.

Твердость и упругость перламутра на протяжении более 80 лет озадачивала ученых. Если бы люди смогли воспроизвести подобный материал, это могло бы привести к новому поколению сверхпрочных синтетических материалов для строительных конструкций, хирургических имплантатов и бесчисленного множества других применений.

Секрет перламутра

«Мы, можем изготавливать более жесткие материалы с использованием неестественных сред, например, экстремальных температур и давления. Но мы не можем воспроизвести тот вид наноинженерии, которого достигли моллюски. Объединение этих двух подходов может привести к впечатляющему новому поколению материалов, и это исследование является шагом в этом направлении », - сказал Роберт Ховден, доцент кафедры материаловедения и инженерии.

Исследователи знали основу тайны перламутра на протяжении десятилетий - он сделан из микроскопических «кирпичей» из минерала, называемого арагонитом, с примесью «раствора» из органического материала . Эта структура из кирпича и раствора явно придает прочности, но перламутр гораздо прочнее, чем предполагают его материалы.

Исследователи использовали крошечные пьезоэлектрические микроинденторы для воздействия на раковины моллюска Pinna nobilis, когда они находились под электронным микроскопом. Они смотрели, что происходило в режиме реального времени.

Они обнаружили, что «кирпичи» на самом деле являются многогранными пластинками размером всего в несколько сотен нанометров. Обычно эти пластинки располагаются отдельно, но уложены слоями и смягчены тонким слоем органического «раствора». Но когда к оболочкам прикладывается напряжение, вся структура сжимается и пластинки слипаются, образуя по существу твердую поверхность. Когда сила снимается, конструкция возвращается назад, не теряя ни прочности, ни упругости.

Эта устойчивость отличает перламутр даже от самых современных материалов, разработанных человеком. Например, пластмассы могут в результате удара терять часть своей прочности. Перламутр не теряет своей прочности.

Более того, если образуется трещина, перламутр ограничивает ее одним слоем, и не позволяет ей распространяться, сохраняя структуру оболочки нетронутой.

«Невероятно, что моллюск, который не являясь самым умным существом, делает такие структуры в таких масштабах», - сказал Ховден. «Он выделяет отдельные молекулы карбоната кальция, укладывая их в нанослоистые листы, склеенные вместе органическим материалом, вплоть до структуры оболочки, которая сочетает перламутр с несколькими другими материалами».

Ховден считает, что люди могли бы использовать методы мидий для создания нанотехнических композитных поверхностей, которые могли бы быть значительно легче и прочнее, чем те, которые доступны сегодня.

«Природа передает нам эти высокооптимизированные структуры, за которыми стоят миллионы лет эволюции», - сказал он. «Мы никогда не сможем запустить достаточно компьютерных симуляций, чтобы обнаружить их». опубликовано econet.ru по материалам phys.org

Подписывайтесь на наш youtube канал!

Задайте вопрос по теме статьи здесь

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet