Человеческая кость обладает потрясающими механическими свойствами, но вплоть до недавнего времени учёным не удавалось создать синтетический материал, который мог бы воспроизвести её сверх-прочную структуру. Теперь же учёным из Германии удалось совершить это с помощью трёхмерной печати – и это может произвести революцию в конструировании любых объектов, от домов до космических кораблей.

19fhskvlcmqkzpng

Новое исследование, опубликованное в альманахе «The Proceedings of the National Academy of Sciences», посвящено фундаментальной проблеме материаловедения: Необходимости компромисса между весом и прочностью. Как правило, очень прочные материалы имеют тенденцию быть и очень тяжёлыми, в то время как более лёгкие материалы менее прочны.

Органические материалы вроде наших костей являются исключением из этого правила: Поскольку их структура состоит из коллагена и микроскопического гидроксиапатита, они напоминают крошечные колонны с перекрытиями, между которым остаётся свободное пространство. В результате наши кости одновременно лёгкие и прочные. Вот как ведущий автор исследований Дженс Бауэр объясняет эту концепцию:

Технические пены очень лёгкие, но в сравнение со сплошными материалами, их прочность достаточно мала вследствие их случайной структуры. Естественные лёгкие материалы, вроде наших костей, имеют плотную клеточную организацию с оптимизированной архитектурой. Они иерархически структурированы и фактически состоят из нанокирпичиков, обладающих большими механическими преимуществами.

19fhq9wcjxubypng

Воспроизведение этой структура на столь микроскопическом уровне всегда было проблемой — 3D принтеры просто не были достаточно совершенны, что воссоздать эти нано-паттерны. И хотя углеродные нанотрубки и графен оперируют на том же наноуровне, исследователи сосредоточились на костях, в силу их естественной структуры.

19fhq9wcjv59qpng

С помощью трёхмерной лазерной литографии команда Бауэра сумела создать необходимую микроскопическую структуру из керамического полимера. Эта работа открывает нам дорогу к лёгким и прочным строительным материалам, которые могут использоваться где угодно. Например – они могут сыграть большую роль в космических полётах, где каждый грамм веса имеет большое значение при запуске. По мнению специалистов, эти идеи могут найти применение даже в создании самих космических кораблей и строительстве внепланетных сооружений.


Добавить комментарий