Глубоководные морские губки скрывают удивительный секрет: их легкие, решетчатые скелеты обладают исключительной прочностью. Вдохновившись этим природным феноменом, исследователи из Университета RMIT в Австралии разработали новую структуру, позволяющую создавать более крепкие и долговечные строительные материалы.
Команда ученых изучила двойную решетчатую структуру, обнаруженную в скелете губки Корзинка Венеры. Этот природный каркас не только демонстрирует высокую прочность, но и обладает ауксетическими свойствами — он сжимается под давлением, а не расширяется, как большинство материалов.
«В отличие от резины или других привычных нам веществ, которые становятся тоньше при растяжении и толще при сжатии, ауксетики ведут себя противоположным образом. Это свойство позволяет эффективно поглощать и распределять энергию удара, делая материал чрезвычайно устойчивым», — объясняет доктор Цзямин Ма, автор исследования.
Исследования показали, что объединение решеток в структуру, напоминающую скелет морской губки, позволяет материалу выдерживать большую нагрузку и поглощать больше энергии до начала деформации. Новый биовдохновленный решетчатый каркас (BLS) обеспечивает в 13 раз большую жесткость по сравнению с существующими ауксетическими материалами, на 10% лучше поглощает энергию и демонстрирует на 60% большую пластичность, что позволяет ему значительно деформироваться без разрушения.
Для тестирования ученые напечатали образец BLS на 3D-принтере, используя термопластичный полиуретан (TPU 95A). Следующий этап — создание стальных версий для использования в строительстве, чтобы оценить их поведение в сочетании с бетоном.
«Мы разрабатываем более устойчивые строительные материалы, уменьшая потребление стали и цемента благодаря уникальному сочетанию жесткости, ауксетичности и способности поглощать энергию. Кроме того, такие конструкции помогут снижать вибрации при землетрясениях», — говорит Ма.
Помимо строительства, новая структура может найти применение в спортивной защите и медицинских изделиях, где требуется сочетание легкости и прочности.
Исследование опубликовано в журнале Composite Structures.
