Πιο ανθεκτικά, αλλά εύκαμπτα κεραμικά υλικά
ΣΑΝ ΦΡΑΝΣΙΣΚΟ. Τα κεραμικά υλικά είναι ελαφρά και σκληρά, αλλά η κατασκευή αντικειμένων, όπως μηχανές αυτοκινήτων, από αυτά δεν είναι εφικτή, καθώς θα έσπαγαν σαν πιάτα της κουζίνας. Για τον λόγο αυτό, οι επιστήμονες που ειδικεύονται στην ανάπτυξη νέων υλικών προσπαθούν τώρα να μιμηθούν φυσικά υλικά, που συνδυάζουν την ισχύ με την αντοχή, μελετώντας συγκεκριμένα το πορώδες, αλλά πολύ ανθεκτικό, φίλντισι, που βρίσκεται στο εσωτερικό του κελύφους οστράκων.
Οι ερευνητές κατάφεραν πρόσφατα να κατασκευάσουν συνθετικό υλικό, παρόμοιο με το φίλντισι, με μηχανικές ιδιότητες που θυμίζουν πολύ τα κράματα μετάλλων. Η καινοτόμος μελέτη μπορεί τώρα να οδηγήσει στη δημιουργία νέων κεραμικών υλικών, για την κατασκευή ενεργειακά οικονομικών κατοικιών και ελαφρών ανθεκτικών πλαισίων αυτοκινήτων. Το φυσικό φίλντισι συνδυάζει πλάκες άκαμπτου, αλλά εύθραυστου ασβεστίου, που συγκρατούνται χάρη σε μαλακή κόλλα πρωτεΐνης, 3.000 φορές ισχυρότερη από τις εμπορικές εκδοχές της. «Βλέπουμε την ανωτερότητα της φύσης σε αυτή την περίπτωση, καθώς τα φυσικά κράματα είναι συνήθως καλύτερα και ισχυρότερα από τα συστατικά τους στοιχεία», λέει ο Ρόμπερτ Ρίτσι, επικεφαλής της έδρας Επιστήμης Υλικών στο Πανεπιστήμιο Μπέρκλεϊ της Καλιφόρνιας.
Για την κατασκευή αντικειμένων με σύσταση που θα μοιάζει με εκείνη του φίλντισι, οι ερευνητές του Μπέρκλεϊ δημιούργησαν αλλεπάλληλες επιστρώσεις φύλλων οξειδίου του αλουμινίου, τα οποία τοποθέτησαν σε μέγγενη, για να τα πιέσουν το ένα με το άλλο. Η επανάληψη της διεργασίας αυτής δημιούργησε πορώδες υλικό, τα φύλλα του οποίου συνδέονται μεταξύ τους όπως και τα φύλλα του φυσικού φίλντισι στα όστρακα. Τα κενά ανάμεσα στα φύλλα συμπληρώθηκαν με πολυμερικό υλικό. Χωρίς την πρόσθεση του πολυμερικού υλικού, τα «τούβλα» οξειδίου του αλουμινίου θα ήταν εύθραυστα και άκαμπτα, όπως όλα τα κεραμικά. Η πολυμερική ουσία, όμως, προσφέρει εξαίρετη ευκαμψία στο υλικό, που γίνεται έτσι πιο ανθεκτικό από κάθε άλλο κεραμικό, κατασκευασμένο στο εργαστήριο.
Αν και η ανάπτυξη «βιο-μιμητικών» κεραμικών βρίσκεται στα πρώτα της στάδια, οι επιστήμονες του Μπέρκλεϊ εκτιμούν ότι το νέο υλικό θα μπορεί να αξιοποιηθεί για την κατασκευή πλαισίων αυτοκινήτων. Η επιστημονική ομάδα πειραματίζεται τώρα, με στόχο την ανακάλυψη καταλληλότερης πολυμερικής ουσίας, η οποία θα λειτουργήσει ως κόλλα για τα φύλλα οξειδίου αλουμινίου και θα είναι ανθεκτική στις υψηλές θερμοκρασίες, που εκδηλώνονται στον εσωτερικό κινητήρα του αυτοκινήτου.
ΣΑΝ ΦΡΑΝΣΙΣΚΟ. Τα κεραμικά υλικά είναι ελαφρά και σκληρά, αλλά η κατασκευή αντικειμένων, όπως μηχανές αυτοκινήτων, από αυτά δεν είναι εφικτή, καθώς θα έσπαγαν σαν πιάτα της κουζίνας. Για τον λόγο αυτό, οι επιστήμονες που ειδικεύονται στην ανάπτυξη νέων υλικών προσπαθούν τώρα να μιμηθούν φυσικά υλικά, που συνδυάζουν την ισχύ με την αντοχή, μελετώντας συγκεκριμένα το πορώδες, αλλά πολύ ανθεκτικό, φίλντισι, που βρίσκεται στο εσωτερικό του κελύφους οστράκων.
Οι ερευνητές κατάφεραν πρόσφατα να κατασκευάσουν συνθετικό υλικό, παρόμοιο με το φίλντισι, με μηχανικές ιδιότητες που θυμίζουν πολύ τα κράματα μετάλλων. Η καινοτόμος μελέτη μπορεί τώρα να οδηγήσει στη δημιουργία νέων κεραμικών υλικών, για την κατασκευή ενεργειακά οικονομικών κατοικιών και ελαφρών ανθεκτικών πλαισίων αυτοκινήτων. Το φυσικό φίλντισι συνδυάζει πλάκες άκαμπτου, αλλά εύθραυστου ασβεστίου, που συγκρατούνται χάρη σε μαλακή κόλλα πρωτεΐνης, 3.000 φορές ισχυρότερη από τις εμπορικές εκδοχές της. «Βλέπουμε την ανωτερότητα της φύσης σε αυτή την περίπτωση, καθώς τα φυσικά κράματα είναι συνήθως καλύτερα και ισχυρότερα από τα συστατικά τους στοιχεία», λέει ο Ρόμπερτ Ρίτσι, επικεφαλής της έδρας Επιστήμης Υλικών στο Πανεπιστήμιο Μπέρκλεϊ της Καλιφόρνιας.
Για την κατασκευή αντικειμένων με σύσταση που θα μοιάζει με εκείνη του φίλντισι, οι ερευνητές του Μπέρκλεϊ δημιούργησαν αλλεπάλληλες επιστρώσεις φύλλων οξειδίου του αλουμινίου, τα οποία τοποθέτησαν σε μέγγενη, για να τα πιέσουν το ένα με το άλλο. Η επανάληψη της διεργασίας αυτής δημιούργησε πορώδες υλικό, τα φύλλα του οποίου συνδέονται μεταξύ τους όπως και τα φύλλα του φυσικού φίλντισι στα όστρακα. Τα κενά ανάμεσα στα φύλλα συμπληρώθηκαν με πολυμερικό υλικό. Χωρίς την πρόσθεση του πολυμερικού υλικού, τα «τούβλα» οξειδίου του αλουμινίου θα ήταν εύθραυστα και άκαμπτα, όπως όλα τα κεραμικά. Η πολυμερική ουσία, όμως, προσφέρει εξαίρετη ευκαμψία στο υλικό, που γίνεται έτσι πιο ανθεκτικό από κάθε άλλο κεραμικό, κατασκευασμένο στο εργαστήριο.
Αν και η ανάπτυξη «βιο-μιμητικών» κεραμικών βρίσκεται στα πρώτα της στάδια, οι επιστήμονες του Μπέρκλεϊ εκτιμούν ότι το νέο υλικό θα μπορεί να αξιοποιηθεί για την κατασκευή πλαισίων αυτοκινήτων. Η επιστημονική ομάδα πειραματίζεται τώρα, με στόχο την ανακάλυψη καταλληλότερης πολυμερικής ουσίας, η οποία θα λειτουργήσει ως κόλλα για τα φύλλα οξειδίου αλουμινίου και θα είναι ανθεκτική στις υψηλές θερμοκρασίες, που εκδηλώνονται στον εσωτερικό κινητήρα του αυτοκινήτου.
