Mail.RuПочтаМой МирОдноклассникиИгрыЗнакомстваНовостиПоискВсе проекты
3 марта, источник: N + 1

Зубная эмаль поможет сделать самолеты прочнее

Американские ученые разработали похожий на зубную эмаль композиционный материал.

Группа ученых из Университета Мичигана разработала синтетический композиционный материал, структура и свойства которого имитируют зубную эмаль. Предполагается, что материал будет применяться в конструкции самолетов, электронике, деталях шасси и прочих механизмах, которые подвергаются сильным вибрационным нагрузкам. Описание работы опубликовано в журнале Nature>, а краткое ее содержание приводится в сообщении университета.

Материалы, способные эффективно поглощать вибрацию, как правило достаточно мягкие и не могут быть использованы в жестких структурах и механизмах. Для разработки легкого, прочного и надежного материала исследователи решили изучить биологические материалы, которые переносящие постоянные ударные нагрузки: кости животных, раковины, панцири и зубы.

Оказалось, что в отличие от многих природных материалов, подвергшихся значительным изменениям в процессе эволюции, строение зубной эмали практически не поменялось.

Эмаль ископаемого тиранозавра, моржа, морского ежа и современного человека имеет сходную структуру.

Ученые пришли к выводу, что эмаль обладает наиболее эффективным строением для того, чтобы противостоять постоянным нагрузкам в течение жизни живого организма.

Зуб тиранозавра | Источник: University of Michigan

Проверки готового материала показали, что модуль упругости (способность материала упруго деформироваться) и прочность нового композиционного материала составляют 39,8 +/- 0,9 и 1,65 +/- 0,06 гигапаскаля соответственно. Для сравнения, для человеческой зубной эмали аналогичные показатели составляют 62−108 и 1,1−4,9 гигапаскаля соответственно. Модуль упругости авиационных углепластиков в зависимости от используемых полимеров составляет от 50 до 140 гигапаскалей, а прочность — от 0,4 до 1,5 гигапаскаля.

Эмаль зуба тиранозавра под электронным микроскопом | Источник: University of Michigan

Теперь американские исследователи намерены доработать технологию производства новых эмалеподобных композиционных материалов. Кроме того, могут быть доработаны и сами материалы. Дело в том, что в готовом композите доля оксида цинка составила всего 67 процентов, а весь остальной объем пришелся на полимер. Возможно, некоторое увеличение доли оксида цинка в новом композите позволит повысить его прочность не в ущерб модулю упругости.

Во время загрузки произошла ошибка.

Сегодня в авиации используется несколько типов композиционных материалов. Все чаще конструкторы начинают применять углепластик. Детали из такого материала изготавливаются двумя основными методами. При первом — углеткань заранее пропитывается полимером, после чего готовая деталь выклеивается послойно и запекается в печи для отвержения. При втором методе углеткань или углеволокно выкладываются слоями, а затем в вакууме пропитываются полимером и запекаются в печи.

Летом прошлого года исследователи из Массачусетского технологического института предложили при производстве композитных деталей сшивать слои углеволокна между собой при помощи углеродных нанотрубок. Разработчики провели испытания предложенного способа и выяснили, что композитные детали, сделанные из сшитых нанотрубками углеволокон, оказались на 30 процентов прочнее обычных композитных элементов. Сшивание слоев позволило существенно увеличить прочность углепластиковых деталей на сдвиг слоев — наиболее слабое место композитов.

Надежда Бессонова