«Суперсталь» со структурой человеческих костей: необычный материал

Ученые разработали новый вид стали, взяв за основу структуру человеческих костей. Уникальное сочетание прочности и легкости позволяет материалу выдерживать большие нагрузки и даже самостоятельно сращивать небольшие трещины.

Спектрограмма нового материала

Различные компоненты показаны красными, зелеными и черными точками

Наши кости легкие, прочные, хорошо держат любую нагрузку, и все благодаря способу организации костного вещества. При рассмотрении в наномасштабе, крошечные коллагеновые волокна представляют собой слоистую структуру, в которой сами волокна ориентированы в разные стороны. В более крупном масштабе, кости обладают решетчатой структурой, и именно соотношение плотных и пустотных областей делает их не только крепкими, но и легкими. Такая структура гарантирует то, что кость будет сопротивляться нагрузке и распространению трещин в любом направлении.

Металлурги взяли на вооружение эту универсальную структуру и создали сталь, организованной по схожему принципу. В дополнение к слоистой структуры, которая рассчитана на то, чтобы трещины не распространялись дальше тех слоев, где появились, материал представляет собой сплав, чьи компоненты обладают различной степенью твердости. Таким образом, когда трещина начинает формироваться, она распространяется по тем путям, которые в разы уменьшают вероятность ее дальнейшего роста. Кроме того, некоторые области обладают большей гибкостью, что позволяет намного эффективнее поглощать и рассеивать кинетическую энергию, а в некоторых случаях даже закрывать трещины после их возникновения.

Новое исследование, опубликованное в журнале Science, показывает, что эта новая композитная сталь намного более устойчива и к трещинам, создаваемым т. н. «усталостью» металла, чем другие виды стали. Это позволит инженерам применять новый материал в разнообразных отраслях промышленности, от мостов до космических аппаратов. Особенно это актуально для техники, которая регулярно подвергается сильным нагрузкам — в этом случае даже маленькая трещина может стать фатальной, и возможность избежать подобных происшествий играет инженерам лишь на руку.

источник