Надміцний кераміку і прозору броню створюють за образом і подобою раковин молюсків
Наука знає багато прикладів того, як в пошуках ідей для нових технологій дослідники звертаються до природи. На минулому тижні відразу дві групи вчених представили незвичайні рішення для виробництва нового покоління прозорою керамічної броні, надихнувшись будовою раковин молюсків.
"Сучасні прозорі щити та захисні козирки виготовляють з ламінованого скла, яке після попадання кулі покривається безліччю тріщин і втрачає прозорість, - каже Крістін Ортіз (Christine Ortiz) з Массачусетського технологічного інституту. - Тому особливий інтерес представляє будь-який вид прозорої броні, яка зможе зберегти свої властивості після декількох влучень".
Ортіз і її команда детально вивчили будову захисної оболонки устриці виду Placuna placenta. Після цього дослідники провели серію випробувань на міцність. Алмазним наконечником вчені наносили точкові удари по раковинах і розглядали отримані пошкодження на нанорівні.
Структура раковини Плакун така, що при пошкодженні деформується лише невелику ділянку (фото Ling Li).
Плоска напівпрозора раковина молюска на 99% складається з кальциту, кристали якого дуже тендітні і зазвичай легко руйнуються. Але завдяки складній структурі, організованої з безлічі шарів тонких пластинок, при ураженні слід залишався лише на невеликій ділянці, в той час як інша частина оболонки залишалася цілою і прозорою.
При фізичному впливі мінеральні пластинки в зоні удару розколювалися точно посередині. Це дозволяло розподілити енергію в рамках обмеженого ділянки і зберегти оптичні властивості навколишнього матеріалу.
Тепер вчені зайняті розробкою матеріалу на основі кераміки, який зможе витримувати кілька кульових влучень, але при цьому не втрачати прозорість. Про це вони повідомили в прес-релізі MIT. У перспективі такі "природні" технології можуть лягти в основу виробництва нових куленепробивних стекол, щитів і шоломів.
З результатами дослідження можна ознайомитися більш детально, прочитавши статтю в журналі Nature Materials.
Одночасно з роботою американських вчених їхні колеги з Французького національного центру наукових досліджень (CNRS) створили неймовірно міцну кераміку, структура якої повторює природний перламутр.
У прес-релізі дослідники відзначають, що слабке місце будь-якої існуючої кераміки, навіть високотехнологічної, &minus- це її крихкість і беззахисність перед утворенням тріщин.
Для вирішення цієї проблеми Сільван Девіль (Sylvain Deville) і його команда взяли за основу будова раковини морського вушка. Справа в тому, що вироблений цим молюском перламутр на 95% складається з арагонита, кристали якого покладені шарами, як цегляна кладка. А роль цементу в цій структурі відіграє білок. Така будова само по собі робить поширення тріщин практично неможливим, що і привернуло вчених.
В якості базового інгредієнта французькі фахівці взяли керамічний порошок, а саме оксид алюмінію в формі мікроскопічних пластинок. Для створення необхідної структури вчені розробили нову технологічну стадію в створенні кераміки, яку вони описали в статті, опублікованій в журналі Nature Materials.
Дослідники змішали порошок з водою, створивши таким чином суспензію, і заморозили її в контрольованих умовах. В результаті зростаючі кристали льоду збудували пластинки оксиду алюмінію за потрібне чином, а подальша сушка привела до утворення своєрідного штучного перламутру.
Новий матеріал перевершує по міцності звичайну кераміку в 10 разів і витримує температуру до 600 ° С, що в перспективі суттєво розширить область його застосування. Вчені вважають, що така кераміка обов`язково знайде своє місце в енергетиці або виробництві броні.
