นักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุบางคนกำลังสร้างวัสดุใหม่โดยพิจารณาจากความล้มเหลวของสารธรรมชาติหรือความล้มเหลวในการล้มเหลว ตัวอย่างเช่น Robert Ritchie และ Tony Tomsia จากห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Lawrence Berkeley ในเบิร์กลีย์ รัฐแคลิฟอร์เนีย และเพื่อนร่วมงาน เช่น ได้ทำวัสดุจากเปลือกหอยในปลายปี 2008“เซรามิกนั้นวิเศษมาก: น้ำหนักเบาและแข็งแรงมาก” ริทชี่กล่าว “พวกมันเหมาะเจาะอย่างหนึ่ง พวกมันเปราะบางราวกับนรก”
ในทางกลับกัน เปลือกหอยสามารถเต้นได้อย่างน่าประทับใจ
การวิจัยพบว่าต้องใช้พลังงานมากกว่า 3,000 เท่าในการทำลายไข่มุก ซึ่งเป็นวัสดุที่ทำให้เปลือกหอยมุกเป็นมันเงา มากกว่าแร่อะราโกไนต์ซึ่งเป็นแร่ธาตุแคลเซียมคาร์บอเนตที่เปราะบางของเปลือกหอยมุก ในเปลือกหอย Aragonite ถูกประกบอยู่ระหว่างชั้นของสารอินทรีย์ที่อ่อนนุ่มซึ่งให้การกันกระแทก
“คุณสมบัติขั้นสุดท้ายในด้านความต้านทานต่อการแตกหักนั้นดีกว่าองค์ประกอบทั้งสองอย่างมาก” Ritchie กล่าว “นั่นคือสิ่งที่เราพยายามเลียนแบบ”
Ritchie, Tomsia และเพื่อนร่วมงานได้ผสมอะลูมินาซึ่งเป็นเซรามิกธรรมดากับน้ำ จากนั้นจึงแช่แข็งส่วนผสมเพื่อสร้างตาข่ายน้ำแข็ง เมื่อน้ำแข็งละลายและทิ้งไว้เบื้องหลังนั่งร้านเซรามิก นักวิทยาศาสตร์ได้เติมช่องว่างระหว่างชั้นอลูมินาด้วยพอลิเมอร์ทั่วไป โพลิเมทิลเมทาคริเลต
ทีมงานได้ทดสอบความต้านทานการแตกหักของเซรามิกที่เกิดขึ้นโดยการทำให้เกิดรอยร้าวขนาดเล็กและบังคับให้แตกกระจาย วัสดุนี้แข็งแกร่งกว่าส่วนประกอบถึง 300 เท่า นักวิจัยรายงานในScienceในปี 2008 ความเหนียวมาจากพอลิเมอร์ซึ่งทำหน้าที่เป็นสารหล่อลื่น ทำให้ชั้นของเซรามิกเลื่อนทับกันแทนที่จะแยกส่วน
“พอลิเมอร์ชั้นบางๆ เล็กๆ นี้ช่วยให้วัสดุมีปริมาณเล็กน้อย และลดความเครียด” Ritchie กล่าว “
ธรรมชาติทำสิ่งเดียวกัน นี่ไม่ใช่ความคิดของเรา มันเป็นของธรรมชาติ”
Ritchie และเพื่อนร่วมงานได้ทำสารนี้เพียงไม่กี่ลูกบาศก์นิ้ว แต่เมื่อพิจารณาว่าวัสดุ biomimetic อื่น ๆ ส่วนใหญ่ถูกสร้างขึ้นในระดับนาโน นั่นเป็นจำนวนมาก “เท่าที่เราทราบ ไม่เคยมีใครผลิตวัสดุเทกองแบบนี้มาก่อน” ริทชี่กล่าว
รื้อบ้าน
จากการศึกษารูปแบบชีวิตอีกรูปแบบหนึ่ง นักวิทยาศาสตร์พบว่าธรรมชาติประสบความสำเร็จเมื่อลูกหมูตัวที่สี่ล้มเหลว: สามารถสร้างบ้านแก้วที่มีภูมิคุ้มกันต่อหิน
ต้องใช้ความพยายามอย่างมากในการทำให้ฟองน้ำใต้ทะเลลึกแตก ทำให้ Joanna Aizenberg แห่งมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดประหลาดใจเมื่อเธอพยายามทุบมันเป็นครั้งแรก Euplectella aspergillumทำจากแก้วทั้งหมด เธอพบหนึ่งในร้านขายของอยากรู้อยากเห็นในซานฟรานซิสโก และนำมันกลับไปที่ห้องทดลองของเธอ
“ฉันกระโดดลงไป” เธอยอมรับ แม้ว่ามันจะทำมาจากสิ่งเดียวกันกับหน้าต่าง แต่โครงสร้างหลักของมันก็อยู่ใต้เท้าของไอเซ็นเบิร์ก
“คุณได้ยินเสียงกระจกแตก” เธอกล่าว “คุณทำลายเส้นใยบางส่วนและการเชื่อมต่อบางส่วน แต่ความสมบูรณ์จะยังคงอยู่”
ไอเซนเบิร์กแยกโครงสร้างของฟองน้ำโดยใช้แสงที่มองเห็นได้และกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด โดยรายงานรายละเอียดในบทความในวารสาร Scienceในปี 2548 เธอพบว่าระดับความซับซ้อนมีส่วนทำให้ฟองน้ำมีความแข็งแรงเช่นเดียวกับเปลือกหอย ( SN: 3/25/06) , หน้า 184 ).
เส้นใยแก้วแต่ละชั้นประกอบด้วยชั้นซิลิกาและโปรตีนที่มีจุดศูนย์กลาง ซึ่งช่วยหยุดการแตกร้าวจากการแพร่กระจาย แม้ว่าชั้นหนึ่งจะต้องเผชิญกับความเครียด แต่เพื่อนบ้านก็สามารถสำรองได้ แต่วิธีการจัดเรียงเส้นใยก็มีส่วนช่วยให้ฟองน้ำมีความยืดหยุ่นเช่นกัน เส้นใยแก้วสร้างโครงตาข่ายทรงกระบอกของหน้าต่างสี่เหลี่ยมที่ตัดขวางด้วยเส้นทแยงมุม ซึ่งเป็นลักษณะทั่วไปในสถาปัตยกรรมที่ช่วยป้องกันไม่ให้หน้าต่างเอียงไปด้านข้าง และโครงสร้างทั้งหมดมีสันเกลียววิ่งจากบนลงล่างเพื่อป้องกันไม่ให้ยุบเหมือนกระป๋องโซดาเปล่าเมื่อบีบ
Aizenberg กล่าวว่า “มันเป็นโครงสร้างแก้วที่มั่นคงและแข็งแรงทางกลไกมากที่สุด”
นับตั้งแต่อธิบายเรื่องฟองน้ำในScienceไอเซ็นเบิร์กได้เริ่มออกแบบแบบจำลองของสถาปัตยกรรมฟองน้ำที่ขาดคุณสมบัติทางโครงสร้างบางอย่าง เช่น สันก้นหอย หรือเส้นทแยงมุม และสร้างมันขึ้นมาจากโพลิเมอร์ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติ เธอให้นางแบบทดสอบแบตเตอรี่ ดัด ยืด และบีบเพื่อดูว่าพวกเขาสามารถทำอะไรได้บ้าง “นี่คือจุดที่รอยแตกปรากฏขึ้น” เธอกล่าว
นักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุอย่าง Aizenberg, Fineberg และ Buehler หวังว่าความพยายามดังกล่าวจะนำนักวิทยาศาสตร์ออกห่างจากวัสดุแบบดั้งเดิมและไปสู่วัสดุที่มีประสิทธิภาพดีกว่า ทฤษฎีความล้มเหลวของวัตถุที่เป็นพื้นฐานและถูกต้องมากขึ้นอาจสร้างขึ้นจากเบาะแสที่รวบรวมได้ในขณะที่นักวิทยาศาสตร์แยกย่อยสิ่งต่างๆ
แนะนำ : ข่าวดารา | กัญชา | เกมส์มือถือ | เกมส์ฟีฟาย | สัตว์เลี้ยง
