Структура костей помогла ученым в создании "воздушной" керамики с прочностью стали

Немецкими учеными создан сверхпрочный и  легкий композитный материал, который способен выдерживать очень высокие давления. В своих экспериментах они опирались на информацию о структуре и свойствах костей человека.

За последние годы физики, химики и инженеры занимались активным изучением устройства отдельных органов, а также тела в целом у живых организмов, а также растений, чтобы использовать "изобретения эволюции" в создании новых технологий. Таким образом, американским физикам удалось создать "идеальные" медицинские иглы и пластырь, благодаря изучению игл дикобраза и сосков паразитических червей.

Немецкие ученые Йенс Бауэр из Технологического института города Карлсруэ и его коллеги сумели создать сверхлегкую и прочную керамику, по итогам изучения соотношения плотности и прочности у набора, состоящего из нескольких как искусственных, так и природных материалов. Ученые отметили, что чем меньше была плотность образца, тем меньше он мог выдерживать давление, а также огромные механические нагрузки.

Однако подобная закономерность не соблюдалась в одном из материалов, которым стали кости позвоночных. Благодаря экспериментам стало понятно, что кости человека и других животных отличаются заметной прочностью, несмотря на показатели плотности. Авторами изобретения была изучена их структура и предприняты попытки "скопировать" ее. Для этого физики использовали композитный материал на основе керамики и пудры из оксида алюминия.

Как отмечают специалисты, кости состоят из нанофрагментов твердого материала,  "склеенных" между собой с помощью гибких волокон коллагена. У ученых не было уверенности, что придает им такую прочность, поэтому создали несколько различных вариаций искусственной "кости" с разнообразными структурными дефектами.

По итогам сравнения их механические свойства, физики нашли оптимальную конструкцию "кости", напоминающую полые пчелиные соты, имеющие неправильную форму. Такой композитный материал является очень легким и способным выдерживать давление в 280 мегапаскаль. Данный показатель можно сопоставить с прочностью лучших марок стали.