О том, как перламутр обогатил композитный цемент. Скоро на всех стройках планеты

Устричные раковины вдохновили инженеров Принстона на создание нового композита, который в 17 раз более устойчив к растрескиванию, чем стандартный цемент, белее эластичен и может и трансформироваться без разрушения. Исследователи создали балки с чередующимися слоями шестиугольных цементных плиток и тонких полимеров. Полученные результаты, в конечном итоге, могут помочь повысить устойчивость широкого спектра хрупких керамических материалов, от бетона до фарфора.
«Если мы сможем создать бетон, который будет противостоять распространению трещин, мы обеспечим его безопасность и долговечность», — сказал исследователь Шашанк
Гупта, аспирант лаборатории Резы Мойни на факультете гражданского строительства и охраны окружающей среды.

Лаборатория Moini часто обращается к природе за вдохновением для инноваций в строительных материалах. В данном случае прототип — перламутр раковины. На микроскопическом уровне перламутр состоит из шестиугольных минеральных пластин арагонита, склеенных мягкими биополимерами. Плашки арагонита отвечают за высокую прочность, в то время как биополимеры — за гибкость и устойчивость к растрескиванию. Так достигается структурная целостность, выдерживающая значительные нагрузки.

Доказательства прочности были добыты опытным путем — многослойные балки из листов цементной массы с тонким слоем полимера были подвергнуты испытанию.
В ходе эксперимента было создано 3 типа соединений: первый тип — из чередующихся слоев листов цементной массы и тонких полимеров; во втором типе нанесли лазером шестиугольные канавки на листах цементной массы. Затем эти рифленые листы были уложены друг на друга с тонким полимерным слоем между ними; в третьем соединении исследователи создали отдельную шестиугольные плашки, соединенные полимерным слоем. Эти плашки из цементной массы были нанесены поверх, подобно арагониту, расположенному поверх биополимерного слоя перламутра.
Наиболее выдающийся результат был получен в третьем типе комбинации материала — с раздельными шестиугольными пластинками. Балки такого склада оказались пластичнее в 19 раз и устойчивее к разрушению в 17!
«Одним из ключевых механизмов, делающих перламутровые раковины прочными, является
скольжение пластин на нанометровом уровне»— отметили в лаборатории. Результаты, полученные в лабораторных условиях, потребуют доработки. В частности, изучается, применима ли технология к другим керамическим материалам. Мойни заявляет, что для этого у ученых наличествует много возможностей.
Статья была опубликована 10 мая 2024 в журнале Advanced Functional Materials «Жесткие и пластичные архитектурные Перламутровые цементирующие композиты».