Впервые успешно создан синтетический аналог естественного композита

Исследователи разработали метод проектирования синтетических материалов и быстрого превращения проекта в изделие с помощью компьютера и трехмерной печати.

Ученые, работающие над проектированием новых материалов, которые будут долговечными, легкими и экологически чистыми, все чаще обращаются за вдохновением к естественным композитам, таким как кость. Ведь кость прочная и легкая, поскольку два составляющих ее материала, мягкий белок коллаген и жесткий минерал гидроксиапатит, формируют сложную структуру, которая изменяется в каждом масштабе композита, от микро до макро.

Хотя исследователи продумывают иерархические структуры в проекте новых материалов, постоянной проблемой остается переход от компьютерной модели до производства физических артефактов. Все потому, что иерархические структуры, которые придают естественным композитам прочность, самособираются в результате электрохимических реакций, которые сложно копировать в лаборатории.

И вот теперь ученые из Массачусетского технологического института разработали подход, который позволит им превращать свои проекты в действительность. Спустя всего несколько часов из компьютерной модели могут быть созданы вполне осязаемые физические образцы.

В работе, опубликованной в издании Advanced Functional Materials, доцент Маркус Бюхлер с соавторами описали инновационный подход. С помощью оптимизированных на компьютере проектов мягких и жестких полимеров, помещенных в геометрических шаблонах, копирующих природные образцы, и трехмерного принтера, которые печатает изделие, используя одновременно два полимера, ученые произвели образцы синтетических материалов, которые при переломе ведут себя как настоящая кость. Один из синтетических материалов благодаря изменению его иерархической структуры обладает в 22 раза большей прочностью, чем естественный аналог.

В ходе тестов образцы вели себя точно так, как было предсказано в компьютерной модели.

Исследование финансируется Исследовательским центром вооруженных сил США.

18.06.2013