Природа создает слоистые материалы, такие как кость и перламутр, которые становятся менее чувствительными к дефектам по мере их роста. Теперь исследователи создали, используя биомиметические белки, нанесенные на кольцевые зубы кальмара, композитные многослойные двумерные материалы, устойчивые к разрушению и чрезвычайно растяжимые. Результаты этой работы были опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
“Исследователи редко сообщали об этом свойстве сопряжения кости и перламутра, потому что его было трудно измерить экспериментально”, — делится Мелик Демирель, заведующий кафедрой биомиметических материалов Ллойда и Дороти Фоер Хак и директор Центра передовых волоконных технологий Пенсильванского университета.
Композитные двумерные материалы состоят из слоев твердого материала толщиной в атом, такого как графен или MXene – обычно карбид, нитрид или карбонитрид переходного металла — разделенных слоями чего-либо для склеивания слоев. В то время как большие куски графена или MXenes обладают объемными свойствами, прочность двумерных композитов обусловлена свойствами поверхности раздела.
“Поскольку мы используем межфазный материал, который мы можем модифицировать, повторяя последовательности, мы можем точно настроить свойства. Мы можем сделать его очень гибким и очень прочным одновременно”, — рассказывают ученые.
Отмечается, что материалы также могут обладать уникальными режимами теплопроводности или свойствами, распространяя тепло в одном направлении сильнее, чем при 90 градусах.
“Этот материал отлично подойдет для стелек в кроссовках. Он может охлаждать стопу, а повторное сгибание не повредит стельку”, — подчеркнул Демирель.
Также сообщается, что эти 2D-композиты могут быть использованы для изготовления гибких печатных плат, носимых устройств и другого оборудования, требующего прочности и гибкости.
По словам Демиреля, традиционная теория континуума не объясняет, почему эти материалы одновременно прочные и гибкие, но моделирование показало, что интерфейс имеет значение. По-видимому, происходит то, что при более высоком проценте материала, состоящего из интерфейса, он разрывается в местах, когда материал находится под напряжением, но материал в целом не разрушается.
“Интерфейс разрывается, но материал не разрушается. Мы ожидали, что они станут податливыми, но внезапно они не только податливы, но и супер эластичны”, — заметил исследователь.
