Пъзел за напукани твърди миди - Доклад за иновации

твърди

Учените от FAU, заедно с международни колеги, разгадаха загадката за твърдостта на седеф (на снимката седефът на охлюв). Изображение: Stephan E. Wolf

Изследователите познават основите на седефа от десетилетия - той се състои от микроскопични „тухли“ от минерал, наречен арагонит, който се състои от обикновена вар, и „хоросан“ от органичен материал.

Въпреки че тази подредба обикновено осигурява здравина, седефът е много по-издръжлив, отколкото предполагат отделните му компоненти. В експеримента си екипът упражнява натиск върху черупките под електронен микроскоп и наблюдава какво се случва в реално време: структурата се деформира по-сложно от очакваното.

„В основата на свойствата, които сме наблюдавали, е композитната структура на наномащаба, която тясно преплита керамичния материал вар с протеини и други органични компоненти. Мидата прави това, като оставя най-малките частици вар да се агрегират в тромбоцитите, процес, който в момента разследваме, за да можем да възпроизведем невероятните свойства на един ден по синтетичен начин “, обяснява проф. Д-р. Стефан Улф, младши професор по биомиметични материали и процеси в Катедрата за стъкло и керамика във FAU.

Образно казано, работи по следния начин: „тухлите“ всъщност са многостранни „тромбоцити“, които са с размер само няколко стотин нанометра. По правило тези тромбоцити остават отделни, подредени на слоеве и подплатени с тънък слой органичен „хоросан“. Когато мидните черупки се натоварят, „хоросанът“ се изстисква настрани, „тромбоцитите“ се хващат толкова много, че те заедно понасят товара и по този начин не се счупват.

Ако налягането се премахне, конструкцията скача обратно в старата си форма, без да губи здравина или еластичност. Това свойство е изключително, защото: Дори и най-модерните материали, проектирани от хората, не могат. Например пластмасите могат да се върнат от удар, но всеки път губят част от силата си.

Седефът, от своя страна, едва ли е загубил своята устойчивост при експериментите с многократни удари. "Невероятно е как черупката - която не е точно известна със своята интелигентност - генерира толкова сложен материал, който е структуриран в много скали на дължина", казва проф. Ховден от Мичиганския университет и ръководител на изследването.

Резултатите им позволяват на учените по материали да разработят ново поколение устойчиви на счупване керамични материали, които реагират еластично на натоварвания, изисквания като тези, които се срещат в ежедневието или специални приложения в медицинските технологии, като например за зъбни и костни импланти.