Головоломка про зламану тверду раковину - Звіт про інновації
Вчені FAU спільно з міжнародними колегами розкрили таємницю твердості перламутру (на зображенні перламутр равлика-ушка). Зображення: Stephan E. Wolf
Дослідники знають основи перламутру протягом десятиліть - він складається з мікроскопічних "цеглинок" мінералу, званого арагонітом, який складається з простого вапна, і "ступки" з органічного матеріалу.
Хоча це розташування, як правило, забезпечує міцність, перламутр набагато стійкіший, ніж пропонують окремі компоненти. У своєму експерименті команда чинила тиск на оболонки під електронним мікроскопом і спостерігала, що відбувається в режимі реального часу: структура деформувалася більш складно, ніж очікувалося.
«Основним для властивостей, які ми спостерігали, є композитна структура на наномасштабі, яка тісно переплітає керамічний матеріал вапно з білками та іншими органічними компонентами. Мідія робить це, дозволяючи дрібним частинкам вапна агрегуватися в тромбоцити - процес, який ми зараз досліджуємо, щоб мати можливість синтетично відтворити казкові властивості одного дня », - пояснює проф. Стефан Вольф, молодший професор кафедри біоміметичних матеріалів та процесів на кафедрі скла та кераміки FAU.
Образно кажучи, це працює так: "Цеглини" насправді є багатогранними "тромбоцитами", розмір яких становить лише кілька сотень нанометрів. Як правило, ці тромбоцити залишаються окремими, розташованими пошарово і покриваючими тонкий шар органічного «розчину». Коли шкаралупи мідій завантажені, «ступка» віджимається вбік, «тромбоцити» захоплюються настільки, що вони разом несуть вантаж і, таким чином, не ламаються.
Якщо тиск знімається, конструкція повертається у колишню форму, не втрачаючи міцності та еластичності. Ця властивість надзвичайна, оскільки: Навіть найдосконаліші матеріали, розроблені людиною, не можуть. Наприклад, пластмаса може повернутися назад від удару, але щоразу втрачає частину своєї міцності.
Натомість перламутр навряд чи втрачав стійкість після багаторазових ударів. "Неймовірно, як оболонка - яка не зовсім славиться своїм інтелектом - створює такий складний матеріал, який структурований у багатьох масштабах", - говорить професор Ховден з Мічиганського університету та керівник дослідження.
Їх результати дозволяють вченим-матеріалознавцям розробити нове покоління нестійких керамічних матеріалів, які стійко реагують на навантаження, такі вимоги, як ті, що виникають для повсякденного або спеціального застосування в медичних технологіях, наприклад, для імплантації зубів та кісток.