Вдохновившись морскими ракушками, ученые со всего мира создали стекло, которое гнется, но не разбивается при падении.
Стекло легко бьется, и это одна из причин, по которой дорогие стеклянные изделия хранят в недоступном месте. Но новое прочное стекло, созданное учеными, не бьется, хотя при сильном ударе может слегка деформироваться.
Исследователи с факультета машиностроения Университета Макгилла разработали новое стекло, взяв за основу механику морских раковин.
Профессор Франсуа Бартела, руководитель исследования, объясняет, что раковины моллюсков на 95 % состоят из мела (карбоната кальция). Раковины состоят из трех разных слоев, которые придают моллюску прочность и защищают его. Перламутр (или наперсток) — композитный материал, вырабатываемый моллюсками для покрытия внутренней поверхности раковины, — состоит из крошечных пластинок, очень хрупких и твердых. Ученые предпринимали несколько попыток воссоздать перламутр, но ни одна из них не увенчалась успехом.
В этом исследовании ученые сосредоточились на внутренних слабых границах перламутра. Перламутр в 3000 раз прочнее других минералов, поэтому ученые изучают его уже много лет.
Позже они выгравировали на предметных стеклах трехмерные микротрещины, чтобы создать аналогичные слабые границы. К их удивлению, прочность предметных стекол увеличилась в 200 раз по сравнению со стеклами без гравировки. Это произошло благодаря тому, что микротрещины были выгравированы в виде волн, напоминающих пазл, что не давало им распространяться и увеличиваться в размерах. Трещины были заполнены полиуретаном.
Бартела уверен, что этот процесс можно легко масштабировать для обработки стеклянных листов любого размера.
«Теперь мы знаем, что стекло и другие материалы можно сделать более прочными, используя микротрещины в качестве направляющих для более крупных трещин, которые при этом поглощают энергию удара, — говорит Бартела. — Мы решили работать со стеклом, потому что хотели поэкспериментировать с классическим хрупким материалом. Но в будущем мы планируем работать с керамикой и полимерами. Наблюдение за природой явно может привести к созданию более совершенных искусственных материалов».
Исследование, проведенное при финансовой поддержке Совета по естественным наукам и инженерным исследованиям Канады (Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada, NSERC) и Канадского фонда инноваций (Canada Foundation for Innovation, CFI), опубликовано в журнале Nature Communications.