Вдохновленные морскими ракушками, ученые из Sandia National Laboratories разработали новый универсальный материал, невероятно недорогой, прочный, легкий и термостойкий. Этот материал может найти применение в защите космических кораблей или термоядерных установок.
Морские ракушки известны своей прочностью, и это благодаря их уникальной структуре, состоящей из чередующихся слоев органических и неорганических материалов. Слои неорганических нанозерен обеспечивают прочность, а органические белки «склеивают» их вместе, обеспечивая амортизацию и предотвращая распространение трещин между слоями.
Ученые Sandia воспроизвели эту структуру, чтобы создать собственный материал. В данном случае органические слои состоят из сажи, изготовленной из жженого сахара, а неорганические слои состоят из кремнезема. Этот простой материал не только прочен, но и очень легок, весит всего несколько микрограммов на слой.
Команда измерила, что материал имеет твердость более 11 гигапаскалей (ГПа) и модуль упругости (по сути, механическая жесткость) 120 ГПа. Он также продемонстрировал исключительную способность противостоять нагреву: исследователи протестировали его при температуре более 1150 °C и оценили, что он должен выдерживать температуру до 1650 °C.
Возможно, самое главное, с точки зрения практичности, новый материал невероятно дешев в производстве. По словам команды, квадрат материала площадью 5 см (2 дюйма) стоит всего 25 центов по сравнению с сотнями долларов за бериллиевую пластину аналогичного размера, материал с наиболее близкими тепловыми и механическими свойствами.
Вишенкой на торте является то, что материал относительно безвреден для окружающей среды, требуя добавления только этанола в процессе производства.
Физик Чад Маккой готовит образцы нового материала для тестирования в лаборатории. Фото: Bret Latter.
Это интригующее сочетание свойств означает, что новый материал, вдохновленный морскими ракушками, может быть очень полезен для защиты космических кораблей, так как способен выдерживать тепло при запуске и защищать от ударов крошечных обломков. Сведение к минимуму веса и стоимости также имеет решающее значение для космических запусков, и материал помогает и в этом отношении.
Этот материал также может улучшить защиту реакторов, таких как Z Pulsed Power Facility компании Sandia, экспериментальный генератор электромагнитных волн, где он может противостоять натиску тепла, радиации и мусора.
Исследование было опубликовано в журнале MRS Advances.
Источник: Sandia National Laboratories.