суперпрочность

Постов: 3 Рейтинг: 3370
755

Самый прочный биологический материал обнаружили в зубах морских улиток

Развернуть
Самый прочный биологический материал обнаружили в зубах морских улиток
Принято считать, что самый крепкий биологический материал в мире — это шёлковые нити, из которых паук плетёт свою паутину. Однако исследователи из Великобритании пошатнули данное представление: самым крепким материалом, по их мнению, являются зубы улиток.
Согласно данным их новой научной работы, зубы морских блюдечек (Patella vulgata) жёстче кевлара и прочнее паутины.

"Шёлковая паутина долгое время считалась самым прочным биологическим материалом в мире, – комментирует ведущий автор исследования Аса Барбер (Asa Barber), профессор машиностроения из Саутгемптонского университета. – Мы были удивлены и взволнованы, обнаружив, что это звание по праву принадлежит зубам брюхоногих моллюсков".

Морские блюдечки — это небольшие улитки, которых можно встретить повсюду в океанах, морях и реках. Они могут проживать как в глубоких, тёмных ущельях, так и на прибрежных скалах. Их конусообразная оболочка защищает прочную ногу, которая крепится к камням с феноменальным сцеплением. Блюдечки питаются водорослями. Чтобы соскоблить свой обед с валунов и скал, они разворачивают длинный язык, усеянный сотнями острых зубов.
Самый прочный биологический материал обнаружили в зубах морских улиток
"Несмотря на то, что после нашествия морских блюдечек остаются поцарапанные скалы, раньше никто не пытался проверить их зубы на прочность, – объясняет Барбер. – Но природа всегда развивает совершенную структуру для конкретной механической работы, так что я решил, что у моллюсков должны быть зубы необыкновенной прочности. Изучение блюдечек, обитающих на скалах возле Саутгемптона, показало: их минерализованные зубы на 10% крепче паутины".
Барбер и его коллеги испытали микроскопические кусочки зубов морского блюдечка. Длина каждого изогнутого зуба составляет около 1 миллиметра, но исследователи хотели изучить механические свойства не искривлённого материала. Поэтому они изготовили образцы в 100 раз тоньше человеческого волоса.

Как оказалось, материал зубов способен выдерживать давление от 3 до 6,5 ГПа, в то время как паутина выдерживает всего 1,3-4 ГПа. Для сравнения: стебель бамбука способен вынести давление в 1 ГПа, а кости и зубы человека — всего 0,5-0,7 ГПа.

Учёные предполагают в статье издания Journal of the Royal Society Interface, что секрет прочности зуба морских блюдечек кроется в образующих его волокнистых структурах. Из-за этого строения даже небольшой размер образцов не повлиял на прочностные характеристики исследованного материала.

В зубах улиток исследователями Туманного Альбиона были обнаружены композитные волокна, которые в тысячи раз тоньше, чем искусственные нановолокна, используемые при изготовлении пуленепробиваемых жилетов, самолётов и велосипедных рам.
Самый прочный биологический материал обнаружили в зубах морских улиток
Биологические композиты представляют собой смесь оксида железа с минером гётитом и соединением хитином. То есть, по сути, это природный аналог прочнейшего пластика.
Гётит сам по себе не самый крепкий материал — он бы легко сломался о скалы при ударе. Однако эластичные волокна хитиновой матрицы в сочетании с гётитом придают материалу прочность, жёсткость и крепость. Волокна зубов блюдечек способны выдержать огромную нагрузку: как если бы на одну палочку спагетти навесили мешки с сахаром общим весом 1500 килограммов, и она бы при этом не сломалась.

Теперь Барбер надеется найти способы создания прочного природного материала в лабораторных условиях. Он считает, что паутину крайне сложно изготовить искусственным образом, а вот волокна зубов морских блюдечек вполне можно производить с помощью трёхмерной печати.

"Я думаю, что потенциал выращивания этих кристаллических волокон в искусственной среде значительно выше, чем у изготовления шёлковой паутины, – считает исследователь. –Использование материалов столь высокой прочности может открыть нам множество новых возможностей. Такой материал найдёт своё применение в различных областях, например, в стоматологии будущего".
944

"Капли принца Руперта" что это такое? Плюс интересное видео под гидравлическим прессом!

Развернуть
Если капнуть расплавленным стеклом в холодную воду, оно застынет в форме слезы с длинным тоненьким хвостиком. Стоит у такой стеклянной слезы отломить хвост - и она тут же взорвется, рассыпая вокруг себя тончайшую стеклянную пыль.

Стеклянные слезы придумали в Германии в 1625 г.. В XVII веке бытовало мнение, что стеклянные слезы на самом деле придумали в Голландии, поэтому их стали неверно называть «голландскими».

В Британии стеклянные слезы стали известны благодаря британскому герцогу Руперту Пфальскому. Он преподнес их королю Карлу II, который, в свою очередь, вручил их на исследование Королевскому Научному Обществу. В честь герцога стеклянные слезы начали называть «капли Руперта». Способ изготовления капель герцога Руперта долгое время содержался в секрете. Их продавали всем желающим, как потешные игрушки.
Сегодня механизм «работы» голландских слез тщательно изучен. Если расплавленное стекло попадает в холодную воду, оно быстро застывает, накапливая невероятное механическое напряжение. Условно выделим в капле наружный слой и внутреннее ядро. Капля охлаждается с поверхности, и её внешний слой поджимается и уменьшается в объеме, пока ядро остается жидким и горячим.

После того как внутри шарика понизится температура, начнет сжиматсья и ядро. Однако процессу станет сопротивляться уже твердый внешний слой. С помощью межмолекулярных сил притяжения он цепко удерживает ядро, которое, остыв, вынуждено занимать больший объем, чем если бы оно охладилось свободно.

В следствии на границе между внешним слоем и ядром возникнут силы, тянущие внешний слой внутрь, создавая в нем напряжения сжатия, а внутреннее ядро - наружу, образуя в нем напряжения растяжения. Данные напряжения при слишком быстром охлаждении весьма значительны. Так что внутренняя часть шарика может оторваться от наружной, и тогда в капельке образовывается пузырек.

Если нарушить целостность поверхностного слоя слезки, то сила напряжения незамедлительно высвободится. Сама по себе застывшая стеклянная капля весьма крепкая. Она легко выдерживает удар молотком. Однако если преломить её хвостик - она разрушается настолько стремительно, что это скорее похоже на стеклянный взрыв.
GIF
GIF
Капля принца Руперта под гидравлическим прессом. Капля продавливает дерево и шайбы из свинца :-)
1671

Из чего сделана эта остановка?

Развернуть
Из чего сделана эта остановка?