Морські губки, які живуть на великій глибині, мають унікальну особливість: їхні легкі, ґратчасті структури надзвичайно міцні та жорсткі. Натхненні цими дивовижними істотами, науковці з Університету RMIT в Австралії розробили нову структуру, яка дозволить створювати значно міцніші матеріали для більш довговічних будівель.
Група дослідників вивчила, як подвійна ґратчаста структура, що спостерігається у скелеті губки під назвою "кошик Венери", демонструє не лише вражаючу міцність, але й ауксетичну поведінку – здатність стискатися під час здавлювання.
Доктор Дзямін Ма, автор наукової статті про цю біо-натхненну ґратчасту структуру (BLS), яка була опублікована в журналі "Composite Structures" у січні, пояснив, що на відміну від більшості матеріалів, які стають тоншими при розтягуванні або товстішими при стисканні, як гума, ауксетики діють навпаки. Завдяки цьому ауксетики можуть ефективно поглинати та розподіляти енергію удару, що робить їх надзвичайно корисними.
Дослідники з RMIT виявили, що поєднання ґратчастих структур, подібних до тих, що зустрічаються у глибоководних губок, дозволяє матеріалу поглинати більше енергії та витримувати більше навантаження до деформації.
Використовуючи ту саму кількість матеріалу, BLS забезпечує в 13 разів більшу жорсткість, ніж існуючі ауксетичні матеріали (наприклад, ті, що використовуються в серцевих стентах), поглинає на 10% більше енергії та демонструє на 60% більший діапазон деформації, що означає, що він може деформуватися набагато більше, перш ніж почне руйнуватися.
Науковці протестували дизайн BLS, надрукувавши на 3D-принтері зразок з термопластичного поліуретану (TPU 95A). Наступним кроком є виготовлення сталевих версій цього дизайну для використання з бетоном, щоб перевірити, як він витримає навантаження як будівельний матеріал.
Доктор Ма пояснив, що вони розробляють більш екологічний будівельний матеріал, використовуючи унікальне поєднання чудової ауксетичності, жорсткості та поглинання енергії, щоб зменшити використання сталі та цементу в будівництві. Крім того, ауксетичні та енергопоглинаючі властивості можуть допомогти зменшити вібрації під час землетрусів.
Дизайн BLS також може знайти застосування в захисному спортивному спорядженні та медичних виробах, які повинні бути легкими, але міцними.
Довідкова інформація
- Університет RMIT (Royal Melbourne Institute of Technology) – австралійський університет, розташований у Мельбурні, відомий своїми інноваційними дослідженнями та технологічними розробками.
- Кошик Венери (Euplectella aspergillum) – скляна губка, що мешкає у глибоких водах Тихого океану. Її скелет має красиву ґратчасту структуру, яка є дуже міцною та легкою.
- Ауксетик – матеріал, який має від’ємний коефіцієнт Пуассона, тобто розширюється в поперечному напрямку при розтягуванні і стискається при здавлюванні.
- Термопластичний поліуретан (TPU) – еластичний термопластичний матеріал, який широко використовується в різних сферах завдяки своїй міцності, гнучкості та зносостійкості.
