Ученые из Массачусетского технологического института воссоздали с помощью 3D-принтера уникальную структуру раковин стромбидов, позволяющую им выдерживать удары о камни и нападения хищников. Исследование опубликовано в журнале Advanced Materials.

Морские раковины подвергаются постоянным нагрузкам: ударам о скалистые берега и камни, а также нападениям хищников. Раковины моллюсков семейства стромбидов выделяются на фоне других своей высокой устойчивостью к этим факторам, обусловленной необычной структурой. Такие раковины состоят из слоев твердого материала, придающего им прочность, и белковых слоев между ними, рассеивающих энергию удара. Помимо этого, структуры каждого слоя повернуты под углом друг к другу, поэтому даже если в результате удара трещины и возникают, им сложнее распространяться по материалу.

На фотографии полученного материала видно, что он состоит из блоков жесткого фотополимера, разделенных относительно мягким фотополимером. Grace X. Gu et al. / Advanced Materials, 2017

Эти особенности структуры раковин были известны ранее, но ученые из Массачусетского технологического института впервые воссоздали ее в искусственном материале. В качестве образца они взяли раковину гигантского стромбуса. Композитный материал был распечатан на 3D-принтере из двух фотополимеров, застывающих под действием ультрафиолета. Структура была составлена из трех слоев. Каждый следующий слой был повернут на 90 градусов по вертикальной оси относительно предыдущего. Слои состояли из жестких блоков, наклоненных под углом 45 градусов и разделенных между собой относительно мягким материалом. По аналогии с настоящими раковинами такой композит должен был объединить в себе два качества: прочность и трещиностойкость, позволяющие выдерживать различные нагрузки без разрушения.

<img src=«/files/users/u3/2017/05/3d1cbd80781431f1a56047acbfda51cb.png»Структура композита. Grace X. Gu et al. / Advanced Materials, 2017>

Для сравнения ученые распечаталидва других варианта материала, один из которых имел трехслойную структуру, вкоторой каждый слой состоял их продольных блоков твердого фотополимера,разделенных мягким, а второй был неструктурированным, полностью состоящим изтвердого фотополимера. Испытания на ударопрочность показали, что первоначальнаяструктура, вдохновленная строением раковин, имеет гораздо большее сопротивлениеударам из-за того, что мягкие слои рассеивали энергию и предотвращалираспространение трещин.

Исследователи считают, что такаяструктура может отлично подойти для создания шлемов и других средств защиты,которые сегодня состоят из прочного слоя из пластика или металла ирассеивающего мягкого материала.

В 2016 году китайские ученые представили метод получения искусственного перламутра, также имеющего композитную структуру.

Автор: Григорий Копиев