Исследователи получили искусственные «раковины» из смеси мела и полистирола, полученного в результате утилизации использованной одноразовой посуды. Новый композитный материал из легкодоступных и дешевых компонентов может сделать внутреннее убранство наших домов и офисов долговечнее.

Идеей для создания нового композитного материала послужили обычные ракушки, которые любой может найти на пляже; для получения материала с прочностью морской раковины исследователи, как и природа, решили попробовать несхожие между собой ингредиенты.

Исследователи из Университетов Манчестера и Лидса сообщают, что им удалось армировать карбонат кальция частицами полистирола, использующимися при изготовлении одноразовой посуды. Был разработан эффективный метод получения композита на основе карбоната кальция и полистирола, обнаружив, что полученный материал отличается большей эластичностью по сравнению как с чистым кальцитом, так и с ранее полученными на его основе композитами.

Было обнаружено, что в новом композитном материале полистирол играет роль упрочняющего агента, предотвращая образование больших трещин – формирование повреждения приводит к тому, что полимер внутри трещины удлиняется, увеличивая прочность материала и поглощая энергию деформации в соответствии с хорошо известным механизмом. Британские исследователи заявляют, что свойства нового композитного материала могут регулироваться за счет изменения соотношения карбонат кальция/полистирол, а также за счет использования частичек неорганического соединения с различной формой и размером.

Один из участников исследования, Стефан Эйчхорн (Stephen Eichhorn) отмечает, что механические свойства материала раковин моллюсков превосходят свойства керамических материалов, полученных человеком при использовании высоких давления и температур. Расположение органических и неорганических компонентов, образующих раковину, способствует равномерному распределению нагрузки и понижает вероятность образования трещин.

Карбонат кальция – основной компонент мела; мел отличается значительной хрупкостью и легко разрушается при наложении нагрузки. Прочность раковин и их устойчивость к растрескиванию объясняется тем, что в составе раковины карбонат кальция находится в комбинации с белками, цементирующими кристаллики подобно тому, как строительный раствор укрепляет кирпичную кладку. Такая комбинация увеличивает прочность и твердость материала.

Эйчхорн заявляет, что в ходе работы над проектом исследователям удалось воспроизвести природный композитный материал, заменив связующие белки полистиролом, полученный таким образом материал характеризуется механофизическими свойствами, близкими свойствам природных аналогов.

Исследователь из Манчестера заявляет, что, хотя необходимое дальнейшее исследование свойств нового материала, результаты исследования уже позволяют говорить о том, что разработанный подход позволит создать новые композитные материалы на основе карбоната кальция для применения в самых различных областях. Новая методика может оказаться полезной для производства керамики с высокой устойчивостью к растрескиванию, такие материалы могут оказаться полезными для создания прочных строительных материалов или заменителей костей.

Статья ученых опубликована в журнале Advanced Materials