Американских ученых из Виргинского политехнического университета на разработку керамических материалов вдохновила морская звезда Protoreaster nodosus. Изучая сложную и высокоупорядоченную минерализованную скелетную систему беспозвоночного, они выявили неожиданное сочетание характеристик, которое поможет создать совершенно новый класс высокоэффективных и легких керамических композитов. Работа была опубликована в журнале Science.
Сообщается, что по сравнению с металлическими и полимерными материалами керамика лучше выдерживает высокие температуры и агрессивные среды. Однако хрупкость не позволяет создавать из нее конструкционные материалы. Пытаясь создать легкую и прочную керамику, ученые изучают различные биологические структуры.
Оказалось, что, как и у других видов морских звезд, скелет P. nodosus состоит из множества миллиметровых скелетных элементов, соединенных с мягкими тканями, что позволяет животному сохранять гибкость движений. В то же время каждый элемент состоит из однородной микро-решетчатой структуры.
“Этот уникальный материал похож на периодическую решетку, вырезанную из куска монокристалла кальцита. Эта почти идеальная микрорешетка ранее не встречалась в природе и еще не была создана человеком. Большинство материалов с очень регулярной решеткой создаются путем соединения маленьких кристаллов, но скелет морской звезды вырос как единое целое”, — делится руководитель исследования Линг Ли.
Отмечается, что учеными была использована 3D-печать для создания масштабных версий этих сложных решетчатых структур. В настоящее время 3D-принтеры производят структуры на микрометровом уровне, но печать керамики по-прежнему требует обжига, что может привести к появлению множества крошечных дефектов.
Исследователи выразили уверенность, что с развитием 3D-печати и новым пониманием механизмов формирования биологических структур, таких как скелеты морских звезд, в конечном итоге будет создан идеальный керамический материал.
