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.
