В Национальной лаборатории Беркли создан самый прочный на сегодняшний день керамический материал - Гранит науки - 2008-12-15

В Национальной лаборатории Беркли (U.S. Department of Energy’s Lawrence Berkeley National Laboratory) создан самый прочный на сегодняшний день керамический материал, который повторяет структуру перламутра

Прочнейший в мире природный композит перламутр выстилает внутреннюю поверхность раковин моллюсков, и помимо своей переливающейся красоты ценится еще и за прочность. 95% состава перламутра – это твердый, но хрупкий минерал арагонит, форма карбоната кальция, 5% представляют мягкие органические молекулы. Однако перламутр как таковой в 3 тысячи раз более прочен, чем арагонит, и объясняется это особенностями его внутренней архитектуры. Причем ни одно из рукотворных композитных соединений до сих пор не достигало прочности перламутра, хотя попытки воспроизвести природные материалы по этому параметру не прекращаются. Два года назад исследователи из Лаборатории Беркли Энтони Томсиа (Antony Tomsia) и Эдуардо Саиз (Eduardo Saiz) попробовали увеличить прочность искусственного заменителя кости, и пошли для этого путем замораживания морской воды. В этом процессе кристаллы льда образуют внешний каркас, слои чистого водного льда, между которыми находится соли и морские микроорганизмы. Такая слоистая структура напоминает структуру перламутра. Сейчас, контролируя замораживание водной суспензии оксида алюминия, глинозема, с добавлением полимера полиметилметакрилата (РММА), получен керамический материал в 300 раз более прочный, чем входящий в его состав оксид алюминия. Работа опубликована в журнале Science (5 December 2008) под заголовком, который подчеркивает, что идея прочнейшего композита почерпнута из живой природы (“Tough, bio-inspired hybrid material”).

«Поскольку морская вода замерзает в виде слоистого материала, мы позволили природе провести процесс вымораживания керамики - имитации перламутра» - говорит Энтони Томсиа. Фактически слои льда здесь выполняют функцию матрицы, на которую наслаивается оксид алюминия. Пространство, которое освобождается после удаления льда, заполняется полимером. Как поясняют авторы, «это позволяет твердым слоям глинозема скользить друг относительно друга при нагрузке, что рассеивает энергию натяжения» и, в конечном счете, обеспечивает невиданную прочность материала. Т.е. полимер играет роль смазки между твердыми слоями глинозема. В следующих разработках подобного рода предполагается заменить полимер металлом, что еще больше увеличит способность керамики выдерживать нагрузки. Но доля металла в композите должна быть очень небольшой. В глиноземно-полимерной керамике оксид алюминия составляет 85%, и речь идет о поиске оптимального соотношения компонентов. Ведь желательно, чтобы будущие сверхпрочные композитные материалы были еще и очень легкими.