Чимало речовин природа наділила суперечливими властивостями. Мушлі, для прикладу, дуже міцні, хоча складаються з крихкої білкової речовини конхіоліну. Емаль, яка має високий вміст крихких мінералів, також дуже міцна. Натомість кераміка й скло, попри те, що міцні, є крихкими. Таємниця міцності натуральних матеріалів – у їх мікроструктурі, – пишуть учені з Монреаля (Канада) в журналі «Nature Communications».
Перламутр зблизька (мікрогорбки надають йому твердість).
Мікроструктура природних матеріалів складається з безлічі дрібних, розгалужених горбиків. Вони розподіляють навантаження по більшій площі, збільшуючи міцність матеріалу у декілька разів. На зубній емалі, для прикладу, під мікроскопом видно, що начебто гладенькі зуби складаються з безлічі міцних, розгалужених кристалічних волокон. Це трохи зменшує твердість, однак також знижує і ламкість, роблячи зуби набагато міцнішими. Канадські дослідники використали цю властивість при одержанні скла. Зокрема, їх вдалося збільшити міцність боросилікатному склі, утворивши у ньому мікродефекти за допомогою лазера.
«Зробити матеріал міцнішим, утворивши у ньому вразливі місця, – спочатку це здається абсурдним, – говорить Франсуа Бартелат з Університету Макґілла в Монреалі. – Але в натуральних матеріалах – це універсальна стратегія».
Боросилікатне скло Бартелаг та його колеги «розстріляли» ультрафіолетовим лазером, який залишив у ньому крихітні мікроструктури. Утворені хвилясті лінії збільшили міцність матеріалу майже у 200 разів, а пластичність – майже у 20. Вони розподіляють навантаження рівномірно по площі та перешкоджають утворенню тріщин.
Щоб додатково збільшити міцність скла, дослідники покрили його зверху тонким шаром клею. Особливо ефективним виявилися поліуретанові клеї, що додатково збільшили опір у півтора рази. Інші клеї (тестували, зокрема, поліметилметакрилат та ціанокрилат) не підійшли: вчені дійшли висновку, що скло й клей повинні підходити одне одному за своїми властивостями.
10.02.2014