Исследователи из Университета штата Пенсильвания в США создали прочные и эластичные композитные слоистые материалы, используя биомиметические белки, полученные с кольцевых зубов на щупальцах кальмаров. Об этом сообщает портал News-Medical. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Природа создает слоистые материалы, такие как кость и перламутр, которые по мере роста становятся менее чувствительными к дефектам. Теперь исследователи из Университета штата Пенсильвания, применив биомиметические белки, полученные с кольцевых зубов кальмаров (круглых придатков на щупальцах, которые кальмар использует для захвата добычи), создали новые композитные слоистые 2D-материалы, устойчивые к разрыву и чрезвычайно растяжимые.
Над этим исследованием также работали Донг Ли и Хуацзянь Гао, профессора машиностроения и аэрокосмической техники из Наньянского технологического университета в Сингапуре, задействовав расчетные ресурсы сингапурского Национального суперкомпьютерного центра. Кроме того, поддержку исследованию оказало Агентство перспективных оборонных исследовательских проектов США и Управление армейских исследований.
«Ранее ученые редко обращали внимание на свойства подобных материалов, потому что это было трудно измерить экспериментально», – отметил Мелик Демирель, заведующий кафедрой биомиметических материалов и директор Центра передовых волоконных технологий Университета штата Пенсильвания, руководитель нового исследования.
Композитные 2D-материалы состоят из слоев твердого материала толщиной в атом, такого как графен или MXene (обычно это карбид, нитрид или карбонитрид переходного металла), разделенных прослойками другого материала, способного склеить ряд слоев вместе. В то время как большие куски графена или MXene обладают объемными свойствами, прочность 2D-композитов зависит от межфазных свойств.
Демирель пояснил: «Мы использовали межфазный материал, который мы можем изменять, повторяя последовательности, и точно настроить его свойства. То есть мы можем сделать его очень гибким и в то же время очень прочным».
Он отметил, что данные материалы также способны иметь уникальные режимы теплопроводности или свойства, распространяющие тепло в одном направлении сильнее, чем при векторе в 90 градусов и более. Эти 2D-композиты можно использовать для гибких печатных плат, носимых устройств и другого оборудования, требующего прочности и гибкости.
«Такой материал, например, отлично подойдет для изготовления стелек для кроссовок. Он способен охлаждать ногу, а многократное сгибание не сломает стельку», – сказал Демирель.
По словам ученого, традиционная теория не объясняет, почему эти материалы одновременно являются прочными и гибкими, но моделирование показало, что его структура имеет важное значение. По всей видимости, при более высоком проценте материала, составляющего поверхности внешнего слоя, эта поверхность может ломаться в отдельных местах, когда материал находится под напряжением, но сам материал в целом не разрушается.