Пластиковая сталь
Этот материал может пригодиться для создания лёгких, но при этом прочных бронежилетов, корпусов летательных аппаратов и автомобилей, медицинских трансплантатов или деталей иной техники. Стальная прочность в нём сочетается с прозрачностью, дешевизной, биодеградацией и малыми затратами энергии для производства. Удивительную технологию разработали в университете Мичигана. Если различные нанообъекты типа углеродных трубок, нанопластинок или наностержней демонстрируют очень высокую прочность (отнесённую к их размерам, конечно же) благодаря (среди прочего) своей бездефектной структуре, то при создании из таких же элементов куска материала макроскопического размера "нанопрочность" куда-то улетучивается. Чтобы перенести прочность, свойственную наночастицам, на макроуровень, исследователям пришлось прибегнуть к заимствованию идеи у природы: они решили создать слоёный пирог (или торт-наполеон), подражающий тончайшим слоям раковин моллюсков. Главный автор новации - Николас Котов (Nicholas Kotov). Авторы создали робота, который строит слоистый (с толщиной слоёв нанометрового порядка) композитный материал, поочерёдно нанося на стеклянную подложку то "кирпичи", то "строительный раствор" из специальных ёмкостей. Кирпичами для пластиковой стали послужили наночешуйки глины, взвешенные в воде (вернее, это была пудра из материала Na+-Montmorillonite - MTM, с наибольшим поперечником частиц в 110 нанометров), а цементом - полимерный клей поливиниловый спирт (PVA) плюс глутаральдегид (glutaraldehyde). После нанесения каждого слоя робот дожидался его высыхания и только потом наносил новый слой.
Общий принцип строения пластиковой стали. Коричневым показаны нанопластинки MTM, жёлтым - PVA, голубым - стеклянная подложка, чёрным и зелёным - молекулы глутаральдегида (иллюстрация University of Michigan).
Опытный образец пластиковой стали имеет размеры примерно как у пластинки жевательной резинки, а толщину - как у полиэтиленового пакета. Он прозрачен, лёгок и прочен. Правда, упругое растяжение пластиковой стали далеко не такое хорошее, как у полимеров типа полиэтилена. Напротив, она довольно "дубовая". Кусочек "пластистали", созданный в университете Мичигана, содержит 300 двойных слоёв (то есть каждый такой слой, в свою очередь, состоит из одного слоя MTM и одного слоя PVA). Чтобы последовательно нанести их все, автоматическому аппарату потребовалось несколько часов. В чём секрет прочности нового материала? Авторы технологии говорят, что тут "энергетически оптимизирована геометрия водородных связей", которые создают то, что Котов назвал "эффектом велкро". В "кладке" из глиняных нанопластинок и слоёв клея нет ни трещин, ни выступов, она очень стройна и напоминает кладку из кирпичей. Но главное: при возникновении сдвигов и напряжений оборванные водородные связи тут же восстанавливаются в новом месте, постоянно удерживая все элементы композита вместе. Котов полагает, что именно этот метод в будущем позволит производить большие детали с высокими механическими свойствами, которые мы привыкли видеть в наночастицах.
http://www.membrana.ru/articles/inventions/2007/10/08/195000.html