Ученые, опираясь на данные по структуре и свойствам костей человека, а также исследуя соотношения прочности и плотности у набора из нескольких искусственных и природных материалов, создали сверхлегкую керамику с прочностью стали, выдерживающую очень высокое давление.
Как отмечают авторы исследования, Йенс Бауэр из Технологического института города Карлсруэ (Германия) и его коллеги, чем меньше была плотность образца, тем меньше он выдерживал давление и высокие механические нагрузки. Исключение составили кости позвоночных. В результате ряда экспериментов специалисты установили, что кости человека и других животных существенно прочнее, чем на то указывает их плотность.
Ученые исследовали их структуру и, используя композитный материал на базе керамики и пудры из оксида алюминия, попробовали «скопировать» ее.
Кости, как отмечают исследователи, состоят из нанофрагментов твердого материала, «склеенных» между собой при помощи гибких волокон коллагена. Что именно придает такую прочность костям – ученые точно не знали. Поэтому они собрали несколько разных вариаций искусственной «кости» с разными структурными дефектами и стали сравнивать их механические свойства.
В результате ученые смогли найти оптимальную конструкцию «кости», напоминающую полые пчелиные соты неправильной формы, которая оказалась одновременно сверхлегкой и очень прочной. Такой композитный материал выдерживает давление в 280 мегапаскаль – это сравнимо с прочностью лучших марок стали.
Кости помогли создать сверхлегкую керамику с прочностью стали
