Для того, чтобы соединить компоненты своего материала, исследователи диспергируют частицы оксида алюминия в этаноле, и распределяют смесь на поверхности воды. Частицы организуются в единый слой на поверхности воды. Затем исследователи опускают стеклянную пластину в раствор, перенося, таким образом, частицы на стекло. В конце концов, они размещают слой биологически совместимого полимерного хитозана поверх частиц. Исследователи повторяют этот процесс до тех пор, пока толщина окончательно полученного композита не достигнет нескольких десятых микрометра, после этого материала счищают со стеклянной пластины с помощью бритвенного лезвия. При проектировании данного материала, исследователи тщательно изучили механическую структуру перламутровой раковины, этого сияющего слоя внутри морских раковин, и попытались ее усовершенствовать. В перламутре имеются частицы карбоната кальция, которые организованы в слои внутри полимера на протеиновой основе. "В размере этих частиц есть нечто особенное", - говорит Стьюдарт. - "Перламутр состоит из частиц особой длины и толщины для того, чтобы образовывались высокая прочность и способность растягиваться, которые мы обычно наблюдаем у металлов". Отношение между длиной и толщиной частиц, должно, по словам Стьюдарта, быть очень точно определенным. Если соотношение слишком высоко, частицы будут разрушаться при растягивании материала. Если же соотношение слишком низкое, то жесткость материала недостаточная. Исследователи выбрали для работы частицы оксида алюминия, которые обладают в пять раз более высокой прочностью, чем те частицы из карбоната кальция, которые имеются в перламутре. Они также сделали свои частицы тоньше (около 200 нанометров в поперечнике, по сравнению с 500 - 1,000 нанометрами, которые имеют частицы, встречающиеся в природе) для того, чтобы снизить вероятность появления дефектов в структуре. Ученые вычислили, что наилучшим средним отношением длины к толщине будет 40, поэтому они сделали частицы от 5 до 10 микрометров в длину. "Более прочные частицы позволяют использовать более высокое отношение, и, в результате, добиваться более высокой прочности по сравнению с раковинами при более низкой концентрации частиц", - говорит Стьюдарт. Он говорит, что важно иметь низкие концентрации, поскольку "это означает, что в композите больше полимера, и он способен хорошо растягиваться". По мнению Франсуа Бартелата, профессора общего машиностроения и исследователя биомиметических материалов из университета Макгилл, Монреаль, Квебек, эти ученые ближе всех подошли к тому, чтобы продублировать механическую структуру и поведение природных материалов. Но прежде, чем материал можно будет использовать, исследователям, по его мнению, придется разработать более быстрые способы получения материала в большем количестве. Профессор химии из Принстонского университета Илхан Аксей считает, что технологию легко можно приспособить для использования в промышленном производстве. "С помощью данной технологии можно производить крупные детали", - говорит он. Он считает, что материал может быть полезен при изготовлении имплантатов зубов и костей.
Гауклер говорит, что материал еще нужно будет во многом усовершенствовать, прежде чем его можно будет использовать на практике. Улучшенный полимер сможет сделать композит более прочным. Исследователям также необходимо найти способ для получения лучшего связывания между оксидом алюминия и полимером. По словам Гауклера, на настоящий момент, "мы продемонстрировали, что мы способны создавать такие же хорошие материалы, что и природа". Newchemistry.ru |
