Инженеры черпали вдохновение из ракушек и грейпфрутов, чтобы создать то, что, по их словам, является первым изготовленным не режущим материалом. Этот новый материал, который может быть использован в индустрии безопасности и охраны здоровья, может обернуть силу режущего инструмента на себя. Разработка была представлена в журнале Scientific reports.
Легкий материал — названный Proteus в честь мифического бога Протея, который мог принимать различные облики —сделан из керамических сфер, заключенных в ячеистую алюминиевую конструкцию. В ходе испытаний она не может быть разрезана угловыми шлифовальными машинами, сверлами или струями воды под высоким давлением.
Международная исследовательская группа, возглавляемая Университетом Дарема в Великобритании, и Институтом станков и технологии формовки им. Фраунгофера в Хемнице в Германии, получила идею для нового материала из прочной клеточной оболочки грейпфрута и устойчивых к разрушению оболочек моллюсков.
Эти морские существа построены из плиток, связанных с биополимерным материалом, который делает их устойчивыми к переломам. Органические материалы, защищающие моллюска — такие как арагонитовая плитка, которые содержатся в их раковинах — были заменены в новом материале на промышленную, глиноземную керамику и алюминиевую матрицу из металлической пены.
Новый материал прочный, легкий и не режется. Исследователи говорят, что его можно использовать для изготовления велосипедных замков, легкой брони и защитного снаряжения для людей, которые работают с режущими инструментами.
Новая система материалов является динамичной с развивающейся внутренней структурой, которая создает высокоскоростное движение там, где она взаимодействует с режущими инструментами. Динамический ответ больше похож на живые структуры.
Материал изготовлен из ячеистой алюминиевой структуры, обернутой вокруг керамических сфер, что оказывает двойное разрушительное воздействие на режущие инструменты. При резке с помощью угловой шлифовальной машины или сверла вибрации, создаваемые керамическими сферами внутри корпуса, притупляют режущий диск или сверло.
Взаимодействие между диском и керамической сферой создает взаимосвязанную вибрационную связь, которая противостоит режущему инструменту бесконечно. Лезвие постепенно разрушается и, в конечном счете, становится неэффективным, так как сила и энергия диска или сверла поворачивается обратно на себя, и он ослабляется и разрушается собственной атакой.
Кроме того, керамика распадается на мелкие частицы, которые заполняют ячеистую структуру материала и затвердевают при увеличении скорости режущего инструмента из-за межатомных сил между керамическими зернами. Таким образом, адаптивный характер материала дополнительно отталкивает любое воздействие.
Мы были заинтригованы тем, как клеточная структура грейпфрута и черепичная структура раковин моллюсков могут предотвратить повреждение плода или существ внутри, несмотря на то, что они сделаны из относительно слабых органических строительных блоков. По сути, разрезать наш материал — это все равно, что разрезать желе, заполненное самородками. Если вы пробуете желе, вы ударяете о самородки, и материал будет вибрировать таким образом, что он разрушает режущий диск или сверло
Стефан Шинишевский, доцент кафедры прикладной механики, факультет инженерии, Университет Дарема
Эти природные структуры определили принцип работы металлокерамического материала, который основан на динамическом взаимодействии с приложенной нагрузкой, в отличие от пассивного сопротивления.
Исследователи приобрели патент на свою технологию, и они надеются заключить сделки с отраслевыми партнерами, чтобы его можно было превратить в продукты для рынка.
Читать также
Посмотрите на огромную «стену» из сотни тысяч галактик позади Млечного пути
Комета NEOWISE видна в России. Где ее увидеть, куда смотреть и как сделать фото
Выяснилось, что заставило цивилизацию майя покинуть свои города