Новости химической науки > Подобный перламутру композит прочнее керамики

По словам исследователей из США, гибридный композитный материал, созданный по типу костей и перламутра, является самым прочным керамическим материалом, полученным к настоящему времени.

Новый материал отличается дешевизной и легкостью получения, ему легко можно придать любую форму для использования в различных областях – от аэрокосмической техники до теннисных ракеток.

Пористые матрицы для нового материала получают замораживанием суспензии керамики. (Рисунок из Science, 2008, 322, 1516)

Роберт Ричи (Robert Ritchie) из Университета Калифорнии сообщает, что новый материал, являющийся композицией пластин хрупкого оксида алюминия и полиметилметакрилата (PMMA) является прочным и таким же устойчивым к разлому, как некоторые конструкционные сплавы на основе алюминия.

Благодаря новой методике, основанной на самоорганизации керамических пластин в структурах, образующихся во льду при замерзании воды, новый материал можно получать в значительных количествах в отличие от прежних композитных материалов, которые могут быть получены только в тонких пленках.

Такие природные материалы, как кости, роговая ткань и перламутр обладают существенной прочностью и эластичностью вследствие особенностей комбинирования в них составляющих материалов. Например, прочность перламутра обусловлена тем, что в нем крошечные пластинки карбоната кальция микрометрового размера покрыты тонким слоем мягкого и гибкого белка конхиолина (conchiolin).

Специалисты пытались получить материал, более прочный, чем природные, заменив карбонат кальция оксидом алюминия. Однако осуществить на практике такую замену оказалось непросто – аккуратное послойное отложение тонких слоев керамики и полимера можно осуществить только при изготовлении тонких пленок, а для получения материалов в промышленных масштабах этот метод оказывается бесполезным.

В группе Ричи проблему удалось решить с помощью метода «создание шаблона с помощью льда» («ice-templating»). Пластинки оксида алюминия суспендируются в воде, после чего они замораживаются с образованием заготовки для керамики, в которой оксидные пластинки образуют правильную структуру.

После сублимации воды в пространство между пористыми пластинами вводится метилметакрилат, в котором инициируется радикальная полимеризация, приводящая к образованию полимера PMMA, связывающего пластинки. В результате всех операций получается материал, по твердости и прочности не уступающий природным аналогам. Сам Ричи убежден, что в его группе получен самый прочный из полученных когда-либо керамических материалов.

Ричи уверен, что новый композит можно будет производить без серьезных затрат, поскольку все компоненты, необходимые для его получения доступны и стоят недорого. Однако, отмечает Ричи, до непосредственно практического использования нового композита необходимо провести детальное тестирование его свойств.

Источник: Science, 2008, 322, 1516 (DOI: 10.1126/science.1164865)

метки статьи: #нанотехнологии, #неорганическая химия, #новые материалы, #химическая технология, #химия полимеров