Инженеры из Принстона разработали материал на основе цемента, который в 5,6 раз более устойчив к повреждениям, чем стандартные аналоги. Этот материал создавали с оглядкой на архитектуру жесткого внешнего слоя человеческой кости, пишет Tech Xplore.
Ученые вдохновлялись кортикальной костью — плотной внешней оболочкой бедренных костей, которая обеспечивает прочность и защищает от переломов. Кортикальная кость состоит из эллиптических трубчатых компонентов, известных как остеоны, слабо встроенных в органическую матрицу. Эта уникальная архитектура отклоняет трещины вокруг остеонов, что повышает общую устойчивость к распространению трещин.
Разработанная командой биотехнологов конструкция включает цилиндрические и эллиптические трубки внутри цементного теста. Эти трубки взаимодействуют с распространяющимися трещинами, за счет чего разработка становится более устойчивой к повреждениям. Усиленное взаимодействие трещины и трубки инициирует механизм поэтапного упрочнения, при котором трещина сначала захватывается трубкой, а затем ее распространение задерживается, что приводит к дополнительному рассеиванию энергии при каждом взаимодействии и на каждом этапе.
В отличие от традиционных методов, которые укрепляют материалы на основе цемента путем добавления волокон или пластика, подход команды из Принстона основан на геометрическом дизайне. Манипулируя структурой самого материала, ученые достигают значительного улучшения прочности без необходимости использования дополнительного материала.
«Мы только начали изучать возможности разработки. Есть много переменных для исследования, таких как применение степени беспорядка к размеру, форме и ориентации трубок в материале. Эти принципы можно было бы применить к другим хрупким материалам для проектирования более устойчивых к повреждениям структур», — заключают специалисты.
Ранее российские ученые создали наноматериал для улучшения работы солнечных батарей. Фотоэлектрические панели при использовании этого материала будут работать дольше и эффективнее.
