Сверхпрочную керамику и прозрачную броню создают по образу и подобию раковин моллюсков
Наука знает много примеров того, как в поисках идей для новых технологий исследователи обращаются к природе. На минувшей неделе сразу две группы учёных представили необычные решения для производства нового поколения прозрачной керамической брони, вдохновившись строением раковин моллюсков.
"Современные прозрачные щиты и защитные козырьки изготавливают из ламинированного стекла, которое после попадания пули покрывается множеством трещин и теряет прозрачность, — говорит Кристин Ортиз (Christine Ortiz) из Массачусетского технологического института. — Поэтому особый интерес представляет любой вид прозрачной брони, которая сможет сохранить свои свойства после нескольких попаданий".
Ортиз и её команда детально изучили строение защитной оболочки устрицы вида Placuna placenta. После этого исследователи провели серию испытаний на прочность. Алмазным наконечником учёные наносили точечные удары по раковинам и рассматривали полученные повреждения на наноуровне.
Плоская полупрозрачная раковина моллюска на 99% состоит из кальцита, кристаллы которого очень хрупкие и обычно легко разрушаются. Но благодаря сложной структуре, организованной из множества слоёв тонких пластинок, при поражении след оставался лишь на небольшом участке, в то время как остальная часть оболочки оставалась целой и прозрачной.
При физическом воздействии минеральные пластинки в зоне удара раскалывались точно посередине. Это позволяло распределить энергию в рамках ограниченного участка и сохранить оптические свойства окружающего материала.
Теперь учёные заняты разработкой материала на основе керамики, который сможет выдерживать несколько пулевых попаданий, но при этом не терять прозрачность. Об этом они сообщили в пресс-релизе MIT. В перспективе такие "природные" технологии могут лечь в основу производства новых пуленепробиваемых стёкол, щитов и шлемов.
С результатами исследования можно ознакомиться более подробно, прочитав статью в журнале Nature Materials.
Одновременно с работой американских учёных их коллеги из Французского национального центра научных исследований (CNRS) создали невероятно прочную керамику, структура которой повторяет природный перламутр.
В пресс-релизе исследователи отмечают, что слабое место любой существующей керамики, даже высокотехнологичной, − это её хрупкость и беззащитность перед образованием трещин.
Для решения этой проблемы Сильван Девиль (Sylvain Deville) и его команда взяли за основу строение раковины морского ушка. Дело в том, что производимый этим моллюском перламутр на 95% состоит из арагонита, кристаллы которого уложены слоями, как кирпичная кладка. А роль цемента в этой структуре играет белок. Такое строение само по себе делает распространение трещин практически невозможным, что и привлекло учёных.
В качестве базового ингредиента французские специалисты взяли керамический порошок, а именно оксид алюминия в форме микроскопических пластинок. Для создания необходимой структуры учёные разработали новую технологическую стадию в создании керамики, которую они описали в статье, опубликованной в журнале Nature Materials.
Исследователи смешали порошок с водой, создав таким образом суспензию, и заморозили её в контролируемых условиях. В итоге растущие кристаллы льда выстроили пластинки оксида алюминия нужным образом, а дальнейшая сушка привела к образованию своеобразного искусственного перламутра.
Новый материал превосходит по прочности обычную керамику в 10 раз и выдерживает температуру до 600 °С, что в перспективе существенно расширит область его применения. Учёные полагают, что такая керамика обязательно найдёт своё место в энергетике или производстве брони.
Также по теме:
Животные вдохновили ученых на создание гибкой брони
Химики изготовили искусственный перламутр по классическому рецепту природы
Нидерландские учёные изобрели "бронированную" кожу
Омские учёные укротили нанокерамику
Синтетический гель имитирует самовосстановление ящериц
"Жидкая броня" защитит британских военных от пуль противника