Стекло - один из самых полезных материалов в нашем современном мире, но его склонность к растрескиванию или разрушению является серьезным недостатком. Ученые из Университета Макгилла разработали новый тип стекла, вдохновленный раковиной моллюска, который прочнее и жестче, но при этом сохраняет хорошую прозрачность.
Этот внутренний переливающийся слой раковины моллюска на самом деле является секретом ее прочности. Этот материал, известный как перламутр (от нем. Perlmutter — «мать жемчуга»), по своей микроскопической структуре напоминает кирпичную кладку, и состоит из с шестиугольных пластинок арагонита (кристаллов карбоната кальция CaCO3) размерами 10-20 микрон в ширину и 0,5 микрона в толщину, расположенных параллельными слоями. Эти слои разделены листами органической матрицы, состоящей из эластичных биополимеров (таких как хитин, люстрин и шёлкоподобные белки). Эта структура не только повышает прочность, но и предотвращает распространение трещин.
В предыдущей работе исследователи Университета МакГилла имитировали перламутр, протравив микроскопические трещины в стекле с помощью лазера, и хотя это помогло улучшить прочность и ударную вязкость, оно уменьшило прозрачность. Для нового исследования команда воспроизвела структуру, используя композит из стеклянных хлопьев и акрила, которые действуют как жесткие пластинки и мягкая эластичная матрица, соответственно.
Микроскопические изображения микроструктуры нового стеклокомпозита (слева) и натурального перламутра (справа). Фото: McGill University
Чтобы материал оставался прозрачным, исследователи настроили показатель преломления акрила так, чтобы он совпадал с показателем преломления стекла. В результате получается материал, который намного прочнее и жестче обычного стекла, но при этом остается прозрачным.
«До сих пор существовал компромисс между высокой прочностью, ударной вязкостью и прозрачностью», - говорит Аллен Эрлихер, автор исследования. «Наш новый материал не только в три раза прочнее обычного стекла, но и более чем в пять раз устойчивее к излому».
Команда говорит, что метод должен быть масштабируемым, и полученный материал может быть полезен для создания более прочных дисплеев для смартфонов и других устройств. В будущей работе исследователи планируют изучить способы изменения цвета, проводимости и других свойств материала.
Исследование было опубликовано в журнале Science.
Источник: McGill University
